Kontrolle der Sauerstoffelektrokatalyse an Modelloberflächen mittels Elektrolytdesign

• Antragsteller: Dr. Marcel Risch
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397636017

Die Reaktion der Sauerstoffentwicklung (OER) ist eine der grundlegendsten Prozesse der chemischen Energiespeicherung sowohl in der Natur als auch in der Industrie. Die hohe Überspannung der OER ist eine der großen Herausforderungen bezüglich effizienter Sauerstoffelektrokatalyse und signifikante Verbesserung ist entscheidend für die nachhaltige Produktion erneuerbarer Energieträger in einer zukünftigen Wasserstoffwirtschaft. Nahezu alle vorherigen Aktivitäts- und Mechanismusstudien haben sich auf Zusammensetzung und Struktur der Katalysator-Elektrode konzentriert. Im Gegensatz dazu steht in diesem Projekt der Elektrolyt im Vordergrund, um Struktur-Aktivitäts-Beziehungen zu identifizieren. Es wird erwartet, dass die relative Bildungsenergie der Übergangszustände und Produkte mittels Wasserstoffbrückenbindungen verringert werden können, was zu einer Verringerung der hohen Überspannung führen wird. Die Bindungsstärke der Wasserstoffbrücken in ionischen Flüssigkeiten kann systematisch variiert werden, was diese zu idealen Modellelektrolyten macht, um neuartige Deskriptoren für Aktivität und Produktausbeute zu identifizieren. Die Sauerstoffentwicklung in Modellelektrolyten mit definierten Mengen von Wasser soll mittels differentieller elektrochemischer Massenspektrometrie (DEMS) detektiert werden, während mögliche Peroxid-Spezies simultan an einer Kanalelektrode gemessen werden sollen. Die vorgeschlagene Vorgehensweise ist verallgemeinerbar und könnte in Zukunft auch für andere ungenügend verstandene Mehrelektronenreaktionen verwendet werden. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, Mechanismen und aktive Zentren der Elektrokatalyse zu verstehen, um deren Aktivität zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: DEMS Aufbau
• Gerätegruppe: 1720 Spezielle Massenspektrometer (Flugzeit-, Cyclotronresonanz-, Ionensonden, SIMS, außer 306)