{"id":43269,"date":"2017-05-29T07:27:06","date_gmt":"2017-05-29T05:27:06","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=43269"},"modified":"2021-09-09T21:38:11","modified_gmt":"2021-09-09T19:38:11","slug":"neuartiges-verfahren-setzt-standard-bei-platinfreien-elektrokatalysatoren-zur-synthese-von-molekularem-wasserstoff-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/neuartiges-verfahren-setzt-standard-bei-platinfreien-elektrokatalysatoren-zur-synthese-von-molekularem-wasserstoff-2\/","title":{"rendered":"Neuartiges Verfahren setzt Standard bei platinfreien Elektrokatalysato\u00adren zur Synthese von molekularem Wasserstoff"},"content":{"rendered":"
\"Bildschirmfoto
Abbildung. a) Syntheseschema von MoNi4-Elektrokatalysatoren getr\u00e4gert auf MoO2-Kuboiden auf einem Nickelschaum; b) Polarisierungskurven des MoNi4-Elektrokatolysators auf MoO3-Kuboiden, der reinen Nickelnanoschichten und von MoO2-Kuboiden auf Nickelschaum; c) Berechnete Adsorptions-Freie-Energie-Diagramm f\u00fcr den Tafel-Schritt.<\/figcaption><\/figure>\n

Eine aktuelle Forschungsarbeit des Lehrstuhls f\u00fcr Molekulare Funktionsmaterialien (Prof. Xinliang Feng), Center for Advancing Electronics Dresden<\/a> an der TU Dresden, die in Zusammenarbeit mit Forschern an Universit\u00e4ten und Instituten in Deutschland, Frankreich und Japan entstand, wurde am 17. Mai 2017 in Nature Communications<\/em> ver\u00f6ffentlicht. Das Papier mit dem Titel “Efficient hydrogen production on MoNi4<\/sub> electrocatalysts with fast water dissociation kinetics<\/a>” beschreibt einen neuen Ansatz zur Produktion von molekularem Wasserstoff, welches diesen Prozess revolutionieren k\u00f6nnte. Das Gas gilt als einer der vielversprechendsten Energietr\u00e4ger der Zukunft.<\/strong><\/p>\n

Ein wachsendes Bewusstsein hinsichtlich der Probleme traditioneller Energietr\u00e4ger verlangt nach der gezielten Entwicklung von erneuerbaren Energiequellen, als Alternative f\u00fcr die begrenzten fossilen Brennstoffe. Wegen seiner hohen Energiedichte und umweltfreundlichen Eigenschaften ist molekularer Wasserstoff ein attraktiver und vielversprechender Energiespeicher f\u00fcr die k\u00fcnftige globale Energienachfrage. Unter den verschiedenen Methoden zur Herstellung von Wasserstoff stellt die elektrokatalytische Erzeugung durch Wasserspaltung (Wasserstoffentwicklungsreaktion, engl.: HER) das effektivste Verfahren f\u00fcr die zuk\u00fcnftige Wasserstoff\u00f6konomie dar.<\/p>\n

Um die Geschwindigkeit der \u00fcblicherweise langsam ablaufenden HER \u2013 besonders in basischen Elektrolyten \u2013 anzuheben, werden hoch aktive und robuste Elektrokatalysatoren ben\u00f6tigt, um die kinetische HER-\u00dcberspannung zu senken. Als Messlatte der HER-Elektrokatalysatoren mit einer \u00dcberspannung von Null gilt das Edelmetall Platin, welches die dominante Rolle in der H2-Produktionstechnologie spielt, wie zum Beispiel in der Wasser-Alkali-Elektrolyse. Knappheit und hohe Beschaffungskosten hindern jedoch die gro\u00dftechnische Anwendung in der elektrokatalytischen HER.<\/p>\n

Professor Xinliang Feng (Lehrstuhl f\u00fcr Molekulare Funktionsmaterialien) und sein Team vom Center for Advancing Electronics Dresden an der TU Dresden haben in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut f\u00fcr Keramische Technologien und Systeme (IKTS) Dresden und internationalen Partnern von der Universit\u00e4t Lyon (ENS de Lyon), Centre national de la recherche scientifique (CNRS, beide Frankreich) und der Tohoku University (Japan) nun einen g\u00fcnstigen Elektrokatalysator hergestellt, welcher auf Molybd\u00e4n-Nickel (MoNi4<\/sub>) basiert, das wiederum auf Molybd\u00e4n-Oxid-Kuboiden (MoO2<\/sub>) verankert ist. Diese Kleinststrukturen werden vertikal auf einem Nickelschaum ausgerichtet (MoNi4<\/sub>\/MoO2<\/sub>@Ni).<\/p>\n

Die MoNi4<\/sub>-Nanopartikel werden in situ auf den MoO2<\/sub>-Kuboiden gez\u00fcchtet, indem Nickelatome nach au\u00dfen diffundieren. Das entstehende Material MoNi4<\/sub>\/MoO2<\/sub>@Ni hat eine sehr hohe HER-Aktivit\u00e4t, die vergleichbar mit denen der Platinkatalysatoren ist, und setzt damit eine neue Kennmarke unter den platinfreien Elektrokatalysatoren. Experimentell konnten die MoNi4<\/sub>-Kerne als katalytisch hochaktive Zentren ausgemacht werden. Dar\u00fcber hinaus wurde mit theoretischen Berechnungen auf Basis der Dichtefunktionaltheorie (DFT) aufgezeigt, dass die Energiebarriere der Volmer-Stufe f\u00fcr die MoNi4<\/sub>-Elektrokatalysatoren stark gesenkt ist. Die M\u00f6glichkeit, diesen Elektrokatalysator in einem gro\u00dfen Ma\u00dfstab herzustellen, sowie die exzellente katalytische Stabilit\u00e4t zeigen MoNi4<\/sub>\/MoO2<\/sub>@Ni als eine vielversprechende Alternative in der Wasser-Alkali-Elektrolyse f\u00fcr die Wasserstoffproduktion auf. Die weitere Erforschung von MoNi4<\/sub>-Elektrokatalysatoren weist daher den Weg zu einer hoffnungsvollen Methode f\u00fcr eine zuk\u00fcnftige Anwendung in der Energieerzeugung.<\/p>\n

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Referenz<\/em><\/h3>\n

Efficient hydrogen production on MoNi4<\/sub> electrocatalysts with fast water dissociation kinetics, J. Zhang, T. Wang, P. Liu, Z. Liao, S. Liu, X. Zhuang, M. Chen, E. Zschech, X. Feng*, Nat Commun.<\/em><\/p>\n

Diese Arbeit wurde finanziell unterst\u00fctzt durch den Fond 2DMATER des Europ\u00e4ischen Forschungsrates (ERC) und die EU innerhalb des \u201eGraphene Flagship\u201c-Programms (No. CNECT-ICT-604391). DOI: 10.1038\/NCOMMS15437<\/a><\/em><\/p>\n

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Kontakte<\/h3>\n

Prof. Xinliang Feng
\nTechnische Universit\u00e4t Dresden
\ncfaed Lehrstuhl f\u00fcr Molekulare Funktionsmaterialien
\nPhone: +49 351 463-43251
\nMail: xinliang.feng@tu-dresden.de<\/a><\/p>\n

Matthias Hahndorf
\ncfaed Referent f\u00fcr Wissenschaftskommunikation
\nPhone: +49 (0)351 463 42847
\nE-mail: matthias.hahndorf@tu-dresden.de<\/a><\/p>\n

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\u00dcber das cfaed<\/h3>\n

Zum Exzellenzcluster f\u00fcr Mikroelektronik der Technischen Universit\u00e4t Dresden geh\u00f6ren elf Forschungsinstitute, darunter die Technische Universit\u00e4t Chemnitz sowie zwei Max-Planck-Institute, zwei Fraunhofer-Institute, zwei Leibniz-Institute und das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Auf neun verschiedenen Pfaden forschen rund 300 Wissenschaftler nach neuartigen Technologien f\u00fcr die elektronische Informationsverarbeitung. Sie verwenden dabei innovative Materialien wie Silizium-Nanodr\u00e4hte, Kohlenstoff-Nanor\u00f6hren oder Polymere. Au\u00dferdem entwickeln sie v\u00f6llig neue Konzepte, wie den chemischen Chip oder Herstellungsverfahren durch selbstassemblierende Strukturen, bspw. DNA-Origami. Ziele sind zudem Energieeffizienz, Zuverl\u00e4ssigkeit und das reibungslose Zusammenspiel der unterschiedlichen Bauelemente. Dar\u00fcber hinaus werden biologische Kommunikationssysteme betrachtet, um Inspirationen aus der Natur f\u00fcr die Technik zu nutzen. Dieser weltweit einzigartige Ansatz vereint somit die erkenntnisgetriebenen Naturwissenschaften und die innovationsorientierten Ingenieurwissenschaften zu einer interdisziplin\u00e4ren Forschungsplattform in Sachsen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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