En elektrokatalysator til iltudviklingsreaktion ved vandspaltning

Overgangen fra fossile brændstoffer til vedvarende energikilder afhænger i høj grad af tilgængeligheden af ​​effektive systemer til energikonvertering og -lagring. At betragte brint som et bærermolekyle, protonudvekslingsmembranelektrolyse giver adskillige fordele, som drift ved høje strømtætheder, lav gas crossover, kompakt systemdesign etc. Dog dens brede implementering hindres af langsom kinetik af oxygenudviklingsreaktion (OER), forbedring af dette kræver anvendelse af lavt rigelige og dyre Ir-baserede elektrokatalysatorer.

Leder efter rationelt design af nye typer OER-elektrokatalysatorer og adressering af grundlæggende spørgsmål om nøglereaktionerne i energiomdannelse, det interinstitutionelle MPG-konsortium MAXNET Energy integrerede forskere fra forskellige institutioner i Tyskland og i udlandet. Som et resultat af et tæt og frugtbart samarbejde inden for denne ramme, forskerne fra Chemical Metal Science-afdelingen ved MPI CPfS sammen med eksperter fra Fritz Haber Institute i Berlin og MPI CEC i Muelheim an der Ruhr, udviklet et nyt koncept til fremstilling af multifunktionalitet i elektrokatalyse og illustreret det med et eksempel på intermetallisk forbindelse Al ₂ Pt som forløber for OER-elektrokatalysatormateriale.

Den intermetalliske forbindelse Al ₂ Pt (anti-CaF ₂ type krystalstruktur) kombinerer to karakteristika, der er vigtige for elektrokatalytisk ydeevne:(i) reduceret tæthed af tilstande ved Fermi-niveauet af Pt, og (ii) udtalt ladningsoverførsel fra aluminium til platin, fører til stærkt polær kemisk binding i denne forbindelse. Disse egenskaber giver iboende OER-aktivitet og øger stabiliteten mod fuldstændig oxidation under barske oxidative forhold af OER. På OER-betingelser, Al ₂ Pt gennemgår omstrukturering i området nær overfladen som følge af den selvkontrollerede opløsning af aluminium. Ruheden og porøsiteten af ​​in situ-formet nær overfladen mikrostruktur gør det muligt at kompensere det specifikke aktivitetstab. Selv efter usædvanligt lange stabilitetsforsøg (19 dage) ved høje strømtætheder (90 mA cm ^-2 ) bulkmaterialet bevarer sin strukturelle og kompositoriske integritet. Udvidelse af valget af synteseteknikker, f.eks. vækst af tynde film, og udforskning af mangfoldigheden af ​​intermetalliske forbindelser tegne de vigtigste retningslinjer for fremtidig udvikling af den foreslåede strategi.

Forskningen ved Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids (MPI CPfS) i Dresden har til formål at opdage og forstå nye materialer med usædvanlige egenskaber.

I tæt samarbejde, kemikere og fysikere (herunder kemikere, der arbejder med syntese, eksperimentalister og teoretikere) bruger de mest moderne værktøjer og metoder til at undersøge, hvordan den kemiske sammensætning og arrangement af atomer, såvel som eksterne kræfter, påvirke det magnetiske, forbindelsernes elektroniske og kemiske egenskaber.

Nye kvantematerialer, fysiske fænomener og materialer til energiomsætning er resultatet af dette tværfaglige samarbejde.