Ein Forschungsteam unter der Leitung der City University of Hong Kong hat einen neuen Einzelatomkatalysator entwickelt, der die Effizienz und Stabilität der wasserspaltenden Wasserstoffproduktionsreaktion deutlich verbessert. Die in Nature Communications veröffentlichten Forschungsergebnisse bieten eine neue technologische Lösung für die saubere Wasserstoffenergieerzeugung.

Diese Forschung unter der Leitung von Professor Johnny Hos Team am Department für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik der City University of Hong Kong erfolgte in Zusammenarbeit mit Forschern aus Festlandchina und Japan. Durch die Verankerung einer hohen Dichte einzelner Iridiumatome auf einer ultradünnen Schicht einer Kobalt-Cer-Verbindung gelang es dem Team, einen neuartigen Katalysator namens CoCe–O–IrSA herzustellen. Dieses Material zeigt eine hervorragende Leistung bei der Sauerstoffentwicklungsreaktion, erreicht eine Stromdichte von 100 mA cm⁻² bei einer Überspannung von nur 187 mV und gewährleistet einen stabilen Betrieb über mehr als 1000 Stunden.

Professor Ho sagte: „Diese Forschung befasst sich mit einer der zentralen Herausforderungen der Katalyse: der Stabilisierung hochdichter Einzelatomkatalysatoren unter Arbeitsbedingungen. Durch die Steuerung der Selbstrekonstruktion metastabiler Vorläufer erreichten wir eine atomare Dispersion von Iridium und maximierten die Metall-Matrix-Wechselwirkung.“ Diese Designstrategie verbesserte nicht nur die katalytische Aktivität, sondern verlängerte auch die Haltbarkeit des Katalysators deutlich.

Das Forschungsteam verwendete eine innovative Methode, um die Aggregation von Metallatomen während der Reaktion zu verhindern und so die Stabilität des Katalysators zu gewährleisten. In praktischen Anwendungstests arbeitete der Katalysator über 150 Stunden lang effizient und kontinuierlich in einem Meerwasserzersetzungssystem und zeigte damit vielversprechende Anwendungsaussichten. Durch Computersimulationen und experimentelle Analysen entdeckten die Forscher, dass einzelne Iridiumatome als aktive Zentren den Elektronentransfer erleichtern und die Effizienz der Sauerstoffproduktion steigern.

Wasserstoff ist eine saubere Energiequelle, die bei der Nutzung keine Kohlenstoffemissionen erzeugt. Diese bahnbrechende Forschung wird die großtechnische Produktion von grünem Wasserstoff fördern und praktischere, wirtschaftlichere und nachhaltigere Lösungen für Transport, Energiespeicherung und industrielle Prozesse bieten. Das Forschungsteam plant, diese Strategie der Selbstrekonstruktion auf andere erdreichreich vorhandene Metallsysteme auszuweiten, um die Abhängigkeit von Edelmetallen zu verringern und ihre Leistungsfähigkeit in realen Anwendungen zu untersuchen.

Weitere Informationen: Quan Quan et al., Atomare Selbstanordnung einer heterometastabilen Phase zur Bildung eines dichten Einzelatomkatalysators für die Sauerstoffentwicklungsreaktion, Nature Communications (2025). Zeitschrifteninformationen: Nature Communications