{"id":61605,"date":"2019-03-21T07:26:12","date_gmt":"2019-03-21T06:26:12","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=61605"},"modified":"2019-03-18T13:57:01","modified_gmt":"2019-03-18T12:57:01","slug":"elektrokatalyse-wasserspalter-mit-multi-tasking-talent","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/elektrokatalyse-wasserspalter-mit-multi-tasking-talent\/","title":{"rendered":"Elektrokatalyse: Wasserspalter mit Multi Tasking-Talent"},"content":{"rendered":"

Brennstoffzellen eignen sich hervorragend zur Speicherung von Wind- und Sonnenenergie. Sie sind daher ein bedeutender Baustein der Energiewende. Der daf\u00fcr ben\u00f6tigte Wasserstoff wird durch die elektrokatalytische Spaltung von Wasser gewonnen, bei der auch Sauerstoff frei wird. Einen gro\u00dfen Schritt zur Optimierung dieser elektrochemischen Schl\u00fcsselreaktion ist nun Forschenden der Universit\u00e4t Ulm gelungen. Die Chemiker aus dem Institut f\u00fcr Anorganische Chemie<\/a> I haben einen Edelmetall-freien Komposit-Katalysator entwickelt, der in derselben chemischen Reaktion sowohl f\u00fcr die Entwicklung von Sauerstoff als auch von Wasserstoff eingesetzt werden kann. Ver\u00f6ffentlicht wurden die Ergebnisse des Projekts in der renommierten Fachzeitschrift “Angewandte Chemie”.<\/strong><\/p>\n

\"Schaubild_Katalysatoren\"<\/a>
Schematische Abbildung zu Aufbau und Funktionsweise des Komposit-Katalysators (Schaubild: Institut f\u00fcr Anorganische Chemie I)<\/figcaption><\/figure>\n

“Die elektrochemische Reaktion bei der Wasserspaltung l\u00e4uft in zwei chemischen Halbreaktionen ab. Einerseits wird dabei Wasserstoff ausgegast und andererseits Sauerstoff”, erkl\u00e4rt Professor Carsten Streb vom Institut f\u00fcr Anorganische Chemie I an der Universit\u00e4t Ulm. In herk\u00f6mmlichen elektrochemischen Katalysatorsystemen kommen bei diesen beiden Halbreaktionen unterschiedliche Materialien zum Einsatz. Ulmer Chemiker aus Professor Strebs Labor haben nun in Kooperation mit Materialwissenschaftlern aus China ein Edelmetall-freies Komposit-Material entwickelt, das sich in beiden Teilreaktionen gleicherma\u00dfen bew\u00e4hrt hat. Der Vorteil: “Das bi-funktionale Katalysator-Material vereinfacht das Design und die Fertigung von Systemen f\u00fcr die elektrochemische Wasserspaltung. Au\u00dferdem k\u00f6nnen so wechselseitige Verunreinigungen und Materialunvertr\u00e4glichkeiten vermieden werden, die bis zur “Vergiftung” des Katalysators reichen”, erkl\u00e4rt Dandan Gao. Die Ulmer Doktorandin ist Erstautorin der Studie.<\/p>\n

\"csm_IMG_4575_PM_84728becd6\"<\/a>
Elektrochemische Katalyse-Apparatur<\/figcaption><\/figure>\n

Mit einer hydrothermalen Reaktion wird das Metall-Oxid auf der Elektrode abgeschieden<\/h3>\n

Um elektrochemische Wasserspaltungssysteme im industriellen Ma\u00dfstab realisieren zu k\u00f6nnen, braucht es Katalysatoren, die ohne Edelmetalle wie Platin oder Iridium auskommen. Trotzdem m\u00fcssen diese eine hohe Reaktivit\u00e4t aufweisen sowie sehr stabil und langlebig sein. Die Ulmer Chemiker haben nun ein modulares Design f\u00fcr ein solches Edelmetall-freies bi-funktionales Verbundmaterial entwickelt, das diese Voraussetzungen erf\u00fcllt. “Wir verwenden daf\u00fcr sowohl hochreaktives Kobalt-Oxid als auch halbleitendes Kupfer-Oxid, das den Elektronentransport verst\u00e4rken soll. Dritter im Verbund ist Wolfram-Oxid, das das Katalysator-Material strukturell und chemisch stabilisieren soll, um es langlebiger zu machen”, erkl\u00e4rt Gao. Mit Hilfe einer hydrothermalen Reaktion wird dieses Metall-Oxid-Gemisch auf einer Elektrode aus herk\u00f6mmlichem makropor\u00f6sem Kupferschaum abgeschieden. Der Kupferschaum ist elektrisch sehr leitf\u00e4hig und hat eine gro\u00dfe Reaktionsoberfl\u00e4che. Zugleich sind dessen Mikrostrukturen gut zug\u00e4nglich f\u00fcr den Elektrolyten und erleichtern damit die Freisetzung der Gase an der Elektrodenoberfl\u00e4che.<\/p>\n

“Die gr\u00f6\u00dfte Herausforderung bestand darin, die Metall-Oxide mit ihren unterschiedlichen Funktionalit\u00e4ten auf der Oberfl\u00e4che der Kupferschaum-Elektrode zu verankern. Und zwar so, dass das synthetisierte Material sowohl chemisch, als auch mechanisch und elektrisch stabil bleibt”, so Projektleiter Streb. Mit dem Ergebnis sind die Wissenschaftler sehr zufrieden.<\/p>\n

\"Nanostrukturierte_Oberflaeche_2\"<\/a>
(a) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der nanostrukturierten Elektrodenoberfl\u00e4che. (b) Detaillierte Darstellung der nanostrukturierten Elektrodenoberfl\u00e4che. (Aufnahme: Dandan Gao \/ Uni Ulm)<\/figcaption><\/figure>\n

Die Nanodr\u00e4hte aus Kupferoxid sind sehr leitf\u00e4hig<\/h3>\n

So wurde mit volumetrischen Messungen die katalytische Leistungsf\u00e4higkeit untersucht: Mit elektronenmikroskopischen und r\u00f6ntgenspektroskopischen Analysen konnten nicht nur die Materialstrukturen im Nano- und Mikrometerbereich sichtbar gemacht werden, sondern auch die chemische Beschaffenheit, die kristalline Struktur und die r\u00e4umliche Verteilung der unterschiedlichen Metall-Oxid-Nanostrukturen nachgewiesen werden. In den rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen kann man beispielsweise die Nadelstruktur der sehr leitf\u00e4higen Nanodr\u00e4hte aus Kupferoxid hervorragend erkennen.<\/p>\n

Beteiligt an dem Projekt waren auch Elektronenmikroskopie-Experten um die Ulmer Professorin Ute Kaiser<\/a>. Gef\u00f6rdert wurde das Projekt mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft aus dem Sonderforschungsbereich TRR 234 “CataLight”<\/a>. Weitere Unterst\u00fctzer sind die Alexander-von-Humboldt-Stiftung, die Helmholtz-Gemeinschaft und das Chinese Scholarship Council.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Brennstoffzellen eignen sich hervorragend zur Speicherung von Wind- und Sonnenenergie. Sie sind daher ein bedeutender Baustein der Energiewende. Der daf\u00fcr ben\u00f6tigte Wasserstoff wird durch die elektrokatalytische Spaltung von Wasser gewonnen, bei der auch Sauerstoff frei wird. Einen gro\u00dfen Schritt zur Optimierung dieser elektrochemischen Schl\u00fcsselreaktion ist nun Forschenden der Universit\u00e4t Ulm gelungen. Die Chemiker aus dem […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[15555,13255],"supplier":[7220],"class_list":["post-61605","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","tag-elektrokatalyse","tag-wasserstoff","supplier-universitat-ulm"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/61605","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=61605"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/61605\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=61605"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=61605"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=61605"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=61605"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}