
Herkömmliche Katalysatoren für die Wasserstoffproduktion mittels Elektrolyse beinhalten in der Regel Edelmetalle und sind teuer. Mittlerweile sind aber auch günstigere Alternativen bekannt, zum Beispiel Cobalt-Mangan-Katalysatoren. Sie haben eine hohe Aktivität und sind über lange Zeit stabil. Entscheidend dafür ist der Mangan-Anteil. Warum das so ist, war lange unklar. Den Mechanismus haben Forschende der Ruhr-Universität Bochum, der Max-Planck-Institute für Nachhaltige Materialien und für Chemische Energiekonversion, des Forschungszentrums Jülich und der Universität Duisburg-Essen entschlüsselt. Sie berichten über die Ergebnisse in der Zeitschrift Advanced Energy Materials vom 7. Oktober 2024.
Kombination verschiedener Methoden war Schlüssel zum Erfolg
Wasserstoff kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung aus Wasser gewonnen werden; es entstehen Wasserstoff und Sauerstoff. Der limitierende Schritt bei dieser Reaktion ist die Sauerstoffproduktion, sodass Forschende auf der Suche nach den optimalen Katalysatoren dafür sind. Cobalt-Elektrokatalysatoren mit einer bestimmten geometrischen Struktur, der sogenannten Spinell-Struktur, sind normalerweise nicht sehr effizient und auch nicht langzeitstabil. Das ändert sich jedoch, wenn sie Mangan enthalten.
Einsteigen, aussteigen: Wie ein Passagier im Bus
Die Gruppe zeigte, dass das Mangan sich während der Reaktion aus der Cobalt-Spinell-Oberfläche löst und dann wieder an diese anlagert. ,,Es ist wie ein Passagier im Bus, der immer wieder einund aussteigt", veranschaulicht Tong Li.Biao He et al.: Effects of Dynamic Surface Transformation on the Activity and Stability of Mixed Co-Mn Cubic Spinel Oxides in the Oxygen Evolution Reaction in Alkaline Media, in: Advanced Energy Materials, 2024, DOI: 10.1002/aenm.202403096