de.wedoany.com-Bericht: Ein südkoreanisches Forschungsteam hat eine neuartige Strategie zum Design von Katalysatoren entwickelt, die die Effizienz einer Schlüsselreaktion in Batterien und Brennstoffzellen deutlich verbessert, indem sie die elektrische Feldumgebung um den Katalysator herum reguliert, ohne dessen chemische Struktur zu verändern.
Die Studie wurde von einem Team unter der Leitung von Professor Seung Jun Hwang von der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) und Professor Jaeyune Ryu von der Seoul National University durchgeführt. Traditionell erfordert die Verbesserung der Katalysatorleistung oft eine Änderung des zentralen Metalls (wie Eisen, Kobalt oder Nickel) oder ein Neudesign der umgebenden Molekülstruktur (Liganden). Das Team schlug einen anderen Weg ein, indem es den Katalysator selbst weitgehend unverändert ließ und stattdessen durch die Platzierung positiv geladener Ionen (Kationen) in seiner Nähe ein lokales elektrisches Feld erzeugte, das den Reaktionsweg beeinflusst.
Im Mittelpunkt der Forschung steht die Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR), ein entscheidender elektrochemischer Prozess zur Stromerzeugung in Wasserstoff-Brennstoffzellen und Metall-Luft-Batterien, dessen Effizienz sich direkt auf den Energieverbrauch der Geräte auswirkt. Experimentelle Daten zeigen, dass der Anteil des Zielreaktionswegs nach Einführung des elektrischen Feldes von etwa 12 % auf bis zu 52 % deutlich anstieg, was eine höhere Reaktionseffizienz und einen geringeren Energiebedarf bedeutet.
Professor Seung Jun Hwang erklärte, dass diese Studie zeige, dass die Reaktionseigenschaften präzise gesteuert werden können, indem man lediglich die elektrische Feldumgebung um den Katalysator herum verändert, ohne dessen Struktur zu verändern. Das Forschungsteam ist der Ansicht, dass diese Entdeckung die Aufmerksamkeit der Forscher von der Katalysatorstruktur auf seine Arbeitsumgebung lenkt und damit neue Wege für das Katalysatordesign eröffnet.
Die Auswirkungen dieser Methode könnten über die Bereiche Energiespeicherung und Wasserstoff hinausgehen. Das Forschungsteam erwartet, dass das gleiche Prinzip auf Katalysatoren angewendet werden kann, die bei der Umwandlung von Kohlendioxid und der umweltfreundlichen Wasserstoffproduktion eingesetzt werden. Sollte sich diese Strategie skalieren und auf verschiedene katalytische Systeme anwenden lassen, könnte sie die Leistung mehrerer sauberer Energietechnologien verbessern, ohne dass völlig neue Katalysatormaterialien entwickelt werden müssen. Die Forschungsergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
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