Neue MXene-Katalysatoren revolutionieren Sauerstoffentwicklung für grüne Wasserstoffproduktion

BerlinEin internationales Forscherteam unter der Leitung der HZB-Chemikerin Michelle Browne hat bedeutende Fortschritte bei der Verbesserung der Effizienz und Haltbarkeit von Katalysatoren für die Sauerstoffentwicklungsreaktion zur Erzeugung von grünem Wasserstoff erzielt. Durch die Zugabe von Kupfer- und Kobalthydroxiden zu MXenen, einer Art von Schichtmaterial, entwickelten die Wissenschaftler einen neuen Katalysator, der traditionelle Metalloxidkatalysatoren übertrifft. Diese verbesserten Katalysatoren könnten in Wasserspaltungselektrolyseuren nützlich sein und uns der nachhaltigen Wasserstoffproduktion näher bringen.

MXene bestehen aus Metallen wie Titan oder Vanadium, die mit Elementen wie Kohlenstoff oder Stickstoff kombiniert werden und dadurch eine beträchtliche innere Oberfläche schaffen. Diese Eigenschaft macht sie vielseitig einsetzbar, von Energiespeicherung bis hin zur Katalyse. Zu den Eigenschaften, die MXene dafür geeignet machen, zählen:

• Hohe innere Oberfläche
• Außergewöhnliche Ladungsspeicherfähigkeiten
• Flexibilität für chemische Modifikationen

Das Team entdeckte, dass MXene-Katalysatoren, die durch ein spezielles Verfahren hergestellt wurden, sowohl in Bezug auf Effizienz als auch Langlebigkeit besser abschnitten als Nickeloxide. Nickeloxide zersetzen sich schnell in alkalischen Umgebungen und leiten Elektrizität schlecht. MXene-Katalysatoren hingegen zeigten überhaupt keine Degradation und erzielten sogar bessere Leistungen bei kontinuierlichem Einsatz.

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Die Stabilität und Leistungsfähigkeit dieser Materialien wurden durch umfassende Tests am BESSY II in Deutschland und am Soleil-Synchrotron in Frankreich bestätigt. Dabei kamen Methoden wie Rasterelektronenmikroskopie (REM/TEM), Röntgendiffraktometrie (XRD) und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) zum Einsatz. Diese Untersuchungen zeigten deutliche Unterschiede zwischen den äußeren und inneren Oberflächen der MXene, was die hohe Effektivität der verbesserten Katalysatoren erklären.

Diese Forschung könnte bedeutende Vorteile bringen. Angesichts des wachsenden Bedarfs an erneuerbarer Energie könnten neue und effiziente Elektrolyseure die Produktion von grünem Wasserstoff revolutionieren. Diese Verbesserungen könnten den Einsatz von Wasserstoff als saubere Energiequelle verbreiten und erschwinglicher machen.

Das Team setzt seine Zusammenarbeit mit dem Trinity College Dublin und der Universität für Chemie- und Technologie in Prag fort. Sie erforschen neue Typen von MXenen und testen diese Materialien in standardmäßigen, kontinuierlich laufenden Elektrolyseuren. Dieses Forschungsprojekt könnte zu effizienten und skalierbaren Methoden zur Produktion von grünem Wasserstoff führen und somit einen wichtigen Beitrag zur globalen Kohlenstoffneutralität leisten.