Durch Wasserverunreinigungen hervorgerufene nanoskalierte Dynamik von NiFe- und NiCo-basierten Katalysatoren für die Sauerstoffentwicklung unter Bedingungen ähnlich zu Anionenaustauschmembran-Wasserelektrolyseuren

• Antragstellerin: Dr. Johanna Schröder
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 581129996

Das Hauptziel des Projekts besteht darin, das Potenzial ternärer Materialien als vielversprechende Katalysatoren für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) in verunreinigter Wasserumgebungen für Anionenaustauschmembran-Wasserelektrolyseure (AEMWEs) zu verstehen. Ternäre Strukturen mit deutlichen Unterschieden in den Präkatalysatoreigenschaften (z. B. Hydroxide versus Oxide) werden durch elektrolytische Abscheidung, Co-Ausfällung und Flammensprühpyrolyse hergestellt. Es wird erwartet, dass die maßgeschneiderten ternären Präkatalysatoreigenschaften mit unterschiedlichen Metallverhältnissen zu deutlichen Unterschieden in der Bildungskinetik der aktiven Oxyhydroxid-Spezies (OOH) und der OER-Leistung (in Reinstwasser) führen. Die Verwendung des so genannten Gasdiffusionselektrodenaufbaus (GDE), der realistische AEMWE-ähnliche Bedingungen mit unkomplizierten Hochdurchsatz-Tests in fundamentalen Rotationsscheibenelektrodenaufbauten (RDE) kombiniert, ermöglicht die Anwendung von Testprotokollen sowohl von RDE-Aufbauten als auch von AEMWE-Geräten, wodurch eine Übertragbarkeit von grundlegenden auf AEMWE-ähnliche Testbedingungen und Ergebnisse erreicht wird. Mit der Charakterisierung nach der Elektrokatalyse wird die Korrelation der OER-Leistung mit den Eigenschaften des Präkatalysators und nach elektrokatalytischer Materialtestung ermöglichen. Wenn zusätzlich unterschiedliche Mengen an Trinkwasserverunreinigungen (wie Na+, Ca2+, Mn2+, Cl-, HCO3-, SO42-) hinzugefügt werden, wird erwartet, dass ein Zusammenspiel der verschiedenen Ionen und Ionenkonzentrationen sowie der Eigenschaften des Präkatalysators die Leistung des OER-Katalysators (sowohl Aktivität als auch Langlebigkeit) beeinflusst. Mit Hilfe einer umfassenden Charakterisierung des Katalysators (Oberfläche versus Masse) und der Membran durch die Kombination von Ex-situ- und In-situ/Operando-Techniken, werden die aktiven Zentren der hergestellten Strukturen und ihre Zersetzung in Abhängigkeit der ternären Präkatalysatoreigenschaften aufgedeckt. Dadurch werden Design-Kriterien für OER-Katalysatoren für komplexe Wasserzusammensetzungen für eine dezentrale AEMWE-Anwendung mit reichlich vorhandenen Wasserressourcen identifiziert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen