{"id":72944,"date":"2020-03-18T06:57:00","date_gmt":"2020-03-18T05:57:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=72944"},"modified":"2020-03-16T20:48:44","modified_gmt":"2020-03-16T19:48:44","slug":"wasserspaltung-im-nanobereich-beobachtet","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wasserspaltung-im-nanobereich-beobachtet\/","title":{"rendered":"Wasserspaltung im Nanobereich beobachtet"},"content":{"rendered":"

Ob als Treibstoff oder Energiespeicher: Wasserstoff wird als Energietr\u00e4ger der Zukunft gehandelt. Wie genau der chemische Prozess der Zersetzung von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff auf molekularer Ebene an einer Katalysator-Oberfl\u00e4che abl\u00e4uft, war durch aktuelle Verfahren nur unzureichend beobachtbar. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Polymerforschung in Mainz haben nun eine neue Methode entwickelt, um solche Prozesse im Nanometerbereich live zu untersuchen. Mithilfe dieser detaillierten Einblicke in die Spaltung von Wasser an Gold-Oberfl\u00e4chen k\u00f6nnte das Design von energieeffizienten Katalysatoren in Zukunft deutlich erleichtert werden.<\/strong><\/p>\n

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An rauen Stellen einer Katalysator-Oberfl\u00e4che wird Wasser energieeffizienter in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten als an glatten.
\u00a9 MPI-P, Lizenz CC-BY-SA<\/figcaption><\/figure>\n

Es ist ein bekanntes Schulexperiment: Legt man zwischen zwei in Wasser steckenden Elektroden eine Spannung an, entstehen Wasserstoff und Sauerstoff. F\u00fcr eine industrielle Nutzung dieses Prozesses ist es wichtig, die Wasserspaltung m\u00f6glichst energieeffizient zu gestalten. Ma\u00dfgeblich f\u00fcr die Spaltungseffizienz ist neben dem Material der Elektrode auch ihre Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit. Vornehmlich raue Stellen mit einer Gr\u00f6\u00dfe von nur wenigen Nanometern, also millionstel Millimetern – sogenannte reaktive Zentren – verleihen Elektroden ihre besondere elektrochemische Reaktivit\u00e4t.<\/p>\n

Bisherige Untersuchungsmethoden waren nicht genau genug, um die an diesen reaktiven Zentren der Elektrodenoberfl\u00e4che ablaufenden chemischen Reaktionen mit ausreichender Ortsaufl\u00f6sung unter Realbedingungen, das hei\u00dft in Elektrolytl\u00f6sung bei Raumtemperatur sowie unter Anlegung von Spannung, zu verfolgen. Ein Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern um Katrin Domke, unabh\u00e4ngige Boehringer Ingelheim \u201ePlus 3\u201c Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut f\u00fcr Polymerforschung, hat hierf\u00fcr nun eine neue Methode entwickelt, mit der der Prozess der Wasserspaltung an einer Gold-Oberfl\u00e4che erstmals mit r\u00e4umlicher Aufl\u00f6sung von unter 10 Nanometern untersucht werden konnte.<\/p>\n

\u201eWir konnten experimentell belegen, dass glatte Oberfl\u00e4chen weniger energieeffizient Wasser spalten, als dies Oberfl\u00e4chen mit Rauigkeiten im Nanometerbereich k\u00f6nnen\u201c, so Katrin Domke. \u201eMit unseren Bildern verfolgen wir die katalytische Aktivit\u00e4t der reaktiven Zentren w\u00e4hrend der ersten Schritte der Wasserspaltung.\u201c<\/p>\n

F\u00fcr ihre Methode kombinierten sie verschiedene Techniken: Bei der Raman-Streuung werden Molek\u00fcle mit Licht beleuchtet. Das von diesen zur\u00fcckgeworfene Lichtspektrum enth\u00e4lt Informationen, die eine Art chemischen Fingerabdruck des Molek\u00fcls enthalten \u2013 also eine Aussage \u00fcber die Molek\u00fclart erlauben. Raman-Spektroskopie ist jedoch typischerweise eine Technik, die nur sehr schwache und vor allem nicht r\u00e4umlich aufgel\u00f6ste Signale erzeugt.<\/p>\n

Aus diesem Grund haben die Forscherinnen und Forscher die Raman-Technik mit der Rastertunnelmikroskopie kombiniert: indem sie eine mit Laserlicht beleuchtete, nanometerd\u00fcnne Goldspitze \u00fcber die zu untersuchende Oberfl\u00e4che rastern, wird das Raman-Signal durch eine Art Antenneneffekt direkt an der Spitze um viele Zehnerpotenzen verst\u00e4rkt. Dadurch wird zum einen das Vermessen von nur einigen wenigen Molek\u00fclen erm\u00f6glicht. Zum anderen f\u00fchrt die starke Fokussierung des Lichts durch die Spitze zu einer Ortaufl\u00f6sung von unter zehn Nanometern. Die Besonderheit der Apparatur liegt dabei darin, dass sie unter Realbedingungen betrieben werden kann.<\/p>\n

\u201eWir konnten aufzeigen, dass bei der Wasserspaltung an einer solchen rauen Stelle \u2013 also einem reaktiven Zentrum – zwei unterschiedliche Gold-Oxide gebildet, welche die wichtigen Zwischenprodukte bei der Trennung des Sauerstoffatoms von den Wasserstoffatomen darstellen k\u00f6nnten\u201c, so Domke. Mit ihren Untersuchungen ist es nun m\u00f6glich, einen genaueren Einblick in die auf einer Nanometerskala ablaufenden Prozesse an reaktiven Oberfl\u00e4chen zu erhalten und damit in Zukunft effizientere Elektrokatalysatoren zu gestalten, bei denen weniger Energie aufgewendet werden muss, um Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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