Enthüllung nanoskaliger katalytischer Hotspots: Verbesserung von 2D-Übergangsmetalldichalkogeniden für eine nachhaltige Energieumwandlung

• Antragsteller: Dr. Laud Anim Adofo
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Analytische Chemie ; Technische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570652477

Zweidimensionale Übergangsmetall-Dichalkogenide (2D-TMDs) gewinnen zunehmend an Bedeutung als effiziente und kostengünstige Alternativen zu teuren Elektrokatalysatoren für die Energieumwandlung, Gassensorik und photoelektrochemische Anwendungen. Ihre große spezifische Oberfläche sowie das Vorhandensein verschiedener Defekte wie Leerstellen, Risse und Korngrenzen schaffen elektrochemisch aktive Regionen, die die katalytische Leistung erheblich steigern. Das spezifische Verhalten dieser aktiven Regionen zu verstehen, stellt jedoch nach wie vor eine Herausforderung dar. Aktuelle katalytische Messtechniken erfassen hauptsächlich durchschnittliche Leistungswerte und können die katalytische Aktivität nicht präzise den aktiven Zentren innerhalb der 2D‑TMDs zuordnen. Die Scanning Electrochemical Cell Microscopy (SECCM) hat sich als leistungsstarkes Instrument in der Katalyseforschung etabliert, da sie eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Oberflächenreaktivität aufweist und die Identifizierung nanoskaliger "Hotspots" auf Katalysatoroberflächen ermöglicht. Ziel dieses Projekts ist es, SECCM einzusetzen, um eine direkte Korrelation zwischen lokalisierter elektrochemischer Aktivität – insbesondere bei der Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) und der Kohlenstoffdioxid-Reduktionsreaktion (CO2RR) – sowie der Zusammensetzung und Oberflächenstruktur von 2D-Katalysatoren herzustellen. Darüber hinaus soll SECCM verwendet werden, um den Einfluss von Übergangsmetalldotierungen wie Niob, Vanadium und Rhenium sowie von Legierungen und Heterostrukturen auf die elektrokatalytische Leistung von Modell-2D-TMDs zu untersuchen. Zur Ergänzung der SECCM-Messungen wird das Projekt verschiedene co-lokalisierte Mikroskopie- und Spektroskopietechniken integrieren, um Defekte, Topografie, elektronische Eigenschaften und Kristallorientierung zu analysieren. Diese detaillierten Analysen sind entscheidend für das Verständnis der Struktur-Aktivitäts-Beziehungen dieser Katalysatoren. Durch diese Ansätze verfolge ich das Ziel, den Einsatz von 2D-Katalysatoren für die saubere Energieumwandlung besser vorherzusagen, zu steuern, zu optimieren und letztlich zu skalieren – im Einklang mit den Zielen des im Jahr 2020 verabschiedeten European Green Deal.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle