{"id":160208,"date":"2025-03-25T07:23:00","date_gmt":"2025-03-25T06:23:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=160208"},"modified":"2025-03-18T12:16:40","modified_gmt":"2025-03-18T11:16:40","slug":"selbstoptimierende-katalysatoren-fur-die-wasserspaltung-zur-grunen-wasserstoffproduktion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/selbstoptimierende-katalysatoren-fur-die-wasserspaltung-zur-grunen-wasserstoffproduktion\/","title":{"rendered":"Selbstoptimierende Katalysatoren f\u00fcr die Wasserspaltung zur gr\u00fcnen Wasserstoffproduktion"},"content":{"rendered":"\n\n
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\"Die
Die Arbeitsgruppe des Gao-Labs: (1. Reihe, v.l.) Jennifer Christina Schmidt, Dandan Gao, Bahareh Feizimohazzab; (2. Reihe, v.l.) David Leander Troglauer, Christean Nickel, Guillermo Gustavo Corea, Shikang Han \u00a9 Regine Jung-Pothmann<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Wasserstoff ist eine viel diskutierte Option auf dem Weg zur CO2<\/sub>-neutralen Energieerzeugung. Elektrizit\u00e4t aus erneuerbaren Quellen \u2013 vor allem Wind- und Sonnenenergie \u2013 wird in Elektrolyseuren genutzt, um Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und speicherbaren Wasserstoff zu zerlegen. Um diese Reaktion in Gang zu bringen, sind Katalysatoren unerl\u00e4sslich. Bislang wurden Edelmetalloxide wie Rutheniumdioxid und Iridiumdioxid verwendet, die jedoch knapp und kostenintensiv sind und sich in saurem und alkalischem Milieu leicht zersetzen.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Dr. Dandan Gao<\/a>, Nachwuchsgruppenleiterin und Walter Benjamin-Stipendiatin der DFG an der Johannes Gutenberg-Universit\u00e4t Mainz (JGU), und ihr Team<\/a> haben daher einen alternativen Katalysator entwickelt: Mit Kobalt und Wolfram besteht er aus leicht zug\u00e4nglichen, kosteng\u00fcnstigen Materialien. <\/p>\n\n\n\n

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“Das Einzigartige ist: W\u00e4hrend herk\u00f6mmliche Katalysatoren ihre Leistung beibehalten \u2013 oder sogar etwas davon verlieren, weil sie nicht stabil genug sind \u2013, steigert unser Katalysator seine Leistung mit der Zeit”, erkl\u00e4rt Gao<\/strong>. “Nach der Optimierung ist die Aktivit\u00e4t sogar h\u00f6her als bei herk\u00f6mmlichen Katalysatoren.” <\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

Die Ergebnisse wurden k\u00fcrzlich in der renommierten Fachzeitschrift\u00a0Angewandte Chemie<\/em>\u00a0ver\u00f6ffentlicht.<\/a><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Gr\u00fcnde f\u00fcr die Selbstoptimierung<\/h3>\n\n\n\n

Doch was ist der Grund f\u00fcr diese au\u00dfergew\u00f6hnliche Selbstoptimierung? Um diese Frage zu beantworten, haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowohl experimentelle als auch theoretische Untersuchungen durchgef\u00fchrt. Sie haben unter anderem herausgefunden, dass sich die chemische Natur des katalysierenden Kobalt-Wolfram-Oxids durch die Wasserspaltung ver\u00e4ndert: W\u00e4hrend Kobalt zun\u00e4chst vor allem als Co2+<\/sup>\u00a0vorlag, wandelte es sich zunehmend in Co3+<\/sup>\u00a0um und auch bei Wolfram verschob sich das Verh\u00e4ltnis von W5+<\/sup>\u00a0zu W6+<\/sup>. <\/p>\n\n\n\n

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“Bei der Spaltung von Wasserstoff laufen zwei Reaktionen ab: die Wasserstoffreaktion und die Sauerstoffreaktion. Die Sauerstoffreaktion ist der Engpass f\u00fcr die Gesamtreaktion, weshalb wir motiviert sind, einen fortschrittlichen Katalysator daf\u00fcr zu entwickeln”, so Gao.<\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n

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\"Dr.
Dr. Dandan Gao im Labor gemeinsam mit ihren Mitarbeitern Christean Nickel (l.) und David Leander Troglauer (r.) \u00a9 Jennifer Christina Schmidt<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

W\u00e4hrend die Sauerstoffreaktion zun\u00e4chst von der aktiven Wolframstelle angetrieben wird, verlagert sich diese mit der Zeit auf die aktive Kobaltstelle \u2013 die aktive Oberfl\u00e4che des Katalysators vergr\u00f6\u00dfert sich durch die Wasserspaltung ebenfalls. Auch bei der Hydrophilie der Oberfl\u00e4che sind Ver\u00e4nderungen zu beobachten: Sie wird wasserliebender, was nat\u00fcrlich f\u00fcr die elektrochemische Wasserspaltung \u00e4u\u00dferst hilfreich ist. <\/p>\n\n\n\n

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“Insgesamt k\u00f6nnen wir deutlich reduzierte \u00dcberspannungen und erh\u00f6hte Stromdichten feststellen, begleitet von einer erheblichen Steigerung der Reaktionskinetik der Sauerstoffentwicklung”, fasst Gao<\/strong> zusammen. Gute Nachrichten f\u00fcr die Wasserstoffproduktion der Zukunft.<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n

F\u00f6rderung im Walter Benjamin-Programm der DFG<\/h3>\n\n\n\n

Dandan Gao wird seit Juni 2023 durch das Walter Benjamin-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gef\u00f6rdert: Dieses erm\u00f6glicht es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in der Qualifizierungsphase nach der Promotion, ein eigenes Forschungsprojekt an einem Ort ihrer Wahl selbstst\u00e4ndig durchzuf\u00fchren. Die aufnehmende Forschungseinrichtung, in diesem Fall die Johannes Gutenberg-Universit\u00e4t Mainz, unterst\u00fctzt das Projekt.<\/p>\n\n\n\n

Die jetzt ver\u00f6ffentlichte Forschungsarbeit wurde au\u00dferdem von der Carl-Zeiss-Stiftung, der Alexander von Humboldt-Stiftung und dem JGU-Profilbereich SusInnoScience \u2013 Sustainable Chemistry<\/a> as the Key to Innovation in Resource-efficient Science in the Anthropocene unterst\u00fctzt.<\/p>\n\n\n\n

Originalver\u00f6ffentlichung<\/h3>\n\n\n\n

C. Nickel et al., Self-optimizing Cobalt Tungsten Oxide Electrocatalysts toward Enhanced Oxygen Evolution in Alkaline Media,\u00a0Angewandte Chemie International Edition<\/em>, 5. Februar 2025, DOI: 10.1002\/anie.202424074<\/a><\/p>\n\n\n\n

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