{"id":96252,"date":"2023-12-21T02:04:00","date_gmt":"2023-12-21T01:04:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=96252"},"modified":"2023-12-19T10:04:55","modified_gmt":"2023-12-19T09:04:55","slug":"der-weg-zum-nachhaltigen-wasserstoff","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/der-weg-zum-nachhaltigen-wasserstoff\/","title":{"rendered":"Der Weg zum nachhaltigen Wasserstoff"},"content":{"rendered":"\n

Keine nachhaltige Energie ohne Elektrokatalysatoren: Geht es um die Herstellung von Gr\u00fcnem Wasserstoff, braucht es Katalysatoren, die den Prozess der Wasserspaltung in Sauerstoff und Wasserstoff steuern. <\/p>\n\n\n\n

Doch unter angelegter Spannung ver\u00e4ndert sich die Struktur des Katalysators, was auch die katalytische Aktivit\u00e4t entscheidend beeinflusst. Dieses Ph\u00e4nomen ist wenig erforscht und verstanden \u2013 bisher. Denn ein Forschungsteam unter der Leitung der Universit\u00e4t Duisburg-Essen\u00a0und der Universit\u00e4t Twente hat die kristallfacettenabh\u00e4ngige Oberfl\u00e4chenumwandlung erforscht und wie diese die Aktivit\u00e4t der Sauerstoffentwicklungsreaktion steuert. Ihre Ergebnisse ver\u00f6ffentlichen sie nun in Nature Communications<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Katalysatoren gezielt optimieren, indem Nanopartikel mit einer bestimmten Oberfl\u00e4chenorientierung hergestellt werden \u2013 und damit kosteng\u00fcnstigen und umweltfreundlichen Wasserstoff herstellen. Dem Ziel sind Forschende der UDE, der Universit\u00e4t Twente, des Forschungszentrums J\u00fclich und des Helmholtz Zentrums Berlin f\u00fcr Materialien und Energie nun ein gutes St\u00fcck n\u00e4hergekommen. Sie untersuchten die komplement\u00e4re Halbreaktion, die parallel bei der Herstellung von Gr\u00fcnem Wasserstoff abl\u00e4uft \u2013 die Entstehung von Sauerstoff. Diese Teilreaktion ist komplexer und erfordert hocheffiziente, kosteng\u00fcnstige und umweltfreundliche Anodenmaterialien. Doch hierbei wandelt sich oft die Struktur der Katalysators \u2013 ein Prozess, der bisher wenig verstanden ist.<\/p>\n\n\n\n

Die Wissenschaftler:innen konnten nun erstmals nachweisen, dass diese Transformation auf die Orientierung der Oberfl\u00e4che des Katalysators zur\u00fcckzuf\u00fchren ist und die Sauerstoffentwicklungsreaktion (Oxygen Evolution Reaction; OER) beeinflusst. Denn eine h\u00f6here OER-Aktivit\u00e4t bedeutet, dass der Katalysator effektiver Sauerstoff erzeugen kann, was wiederum die Effizienz und Nachhaltigkeit des Wasserstoffherstellungsprozesses verbessert.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr ihre Studie verwendeten die Wissenschaftler:innen Lanthan Nickel Oxid-Filme (LaNiO3<\/sub>) \u2013 ein kristallines Material der Klasse der \u201ePerowskite\u201c, das bei der Elektrokatalyse eingesetzt wird. Die Forschenden stellten fest, dass sich w\u00e4hrend der Reaktion die obersten Schichten transformieren und unterschiedliche OER Aktivit\u00e4t aufweisen. Dabei verbinden sich die oktaederf\u00f6rmigen Bausteine nun \u00fcber die Kanten statt \u00fcber die Ecken. Diese Oxyhydroxid-Struktur wurde mittels quantenmechanischer Simulationen auf verschiedenen Perowskit-Oberfl\u00e4chen von Achim F\u00fcngerlings in der Arbeitsgruppe<\/a> von Prof. Dr. Rossitza Pentcheva auf dem Hochleistungsrechner der UDE (magnitUDE) modelliert. \u201eDie Ergebnisse zeigen, dass f\u00fcr die Facette mit der h\u00f6chsten Aktivit\u00e4t die transformierte Schicht viel besser auf den darunterliegenden Perowskit passt\u201c, so F\u00fcngerlings.<\/p>\n\n\n\n

\u201eDies beeinflusst wesentlich die elektronischen und magnetischen Eigenschaften und erkl\u00e4rt die bessere OER-Aktivit\u00e4t\u201c, erkl\u00e4rt Pentcheva. \u201eDie enge Verzahnung von Experiment und Simulationen war entscheidend, um die zugrundeliegenden Mechanismen und Eigenschaften der Oberfl\u00e4chentransformation aufzukl\u00e4ren.\u201c Die Erkenntnisse aus der Studie sind wichtig f\u00fcr die gezielte Optimierung von Katalysatoren, indem k\u00fcnftig Nanopartikel mit einer bestimmten Oberfl\u00e4chenorientierung hergestellt werden.<\/p>\n\n\n\n