Nanostructured mixed metal oxides for the electrocatalytic oxidation of water

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Strasser; Dr. Detre Teschner
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 221428535

Der Entwicklungsreaktion von Sauerstoff (OER) auf Photoanoden ist ein wichtiger Elementarschritt in der direkten lichtgetriebenen elektrolytischen Spaltung von Wasser. Katalysatoren sind bei diesem Schritt unerlässlich. Hohe Überpotentiale, Korrosion und die Verwendung von Edelmetallen wie Ir und Ru in den bis heute aktivsten und stabilsten OER Katalysatoren stellen große Hürden für praktische solare Wasserspaltung dar. Unser molekulares Verständnis des Mechanismus, der reaktiven Intermediate und der aktiven Oberflächenzentren ist ebenfalls immer noch begrenzt. In einer ersten Förderperiode wurde gezeigt, dass entlegierte metallisch oxidische Hybrid Kern-Schale Nanopartikel basierend auf Ni reichen IrNi Legierungen, die auf korrosionsresistenten hochoberflächigen gedopten Zinnoxiden aufgebracht wurden äussert aktive, stabile und edelmetalleffiziente Katalysatoren darstellen. In diesem Projekt werden zunächst basierend auf DFT Vorhersagen alternative Nichtedelmetalle auf das entlegierte Kern-Schale Metalloxid Strukturkonzept angewendet werden und ihr effekt auf OER Aktivität und Stabilität untersucht werden. Verbessertes Verständnis des Reaktionsmechanismus und der reaktiven Intermediate auf diesen Katalysatorpartikeln wird mit Hilfe von verschiedenen in situ Untersuchungen, darunter Vibrationsspektroskopie, Röngtenphotoemissionsspektroskopie, Environmental REM, sowie der online Detektion von gelösten Metallionen, erreicht werden. Ganz besonders wichtig wird eine grundlegende Untersuchung des dynamischen Ladungsträgerdurchtrittsverhaltens sowie des chemischen Zustandes der beiden wichtigen Grenzflächen zwischen Katalysatorpartikel und Trägermaterial sowie Trägermaterial und Korrosionsschutzschicht der Photoelektrochemischen Elektrode sein. Basierend auf diesen Erkenntnissen soll dieses Projekt in enger Kollaboration mit dafür ausgewählten SPP1613 Projekten einen Beitrag für das Design von leistungsfähigen photoelektrochemischen Zellen (PECs) leisten. Dabei sollen die präparierten Katalysatoren auf PEC aufbracht werden und diese auf ihr Photoelectrokatalytisches Verhalten, Aktivität, Effizienz und Stabilität geprüft werden

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1613: Regenerativ erzeugte Brennstoffe durch lichtgetriebene Wasserspaltung: Aufklärung der Elementarprozesse und Umsetzungsperspektiven auf technologische Konzepte
• Internationaler Bezug: Dänemark
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jan Rossmeisl