de.wedoany.com-Bericht: Forscher der University of Adelaide in Zusammenarbeit mit der Tohoku University, der Tokyo University of Science und der Vanderbilt University haben erfolgreich einen mikroskopischen Katalysator entwickelt, der nur aus 15 Iridiumatomen besteht. Seine Massenaktivität ist 1,5-mal höher als die von handelsüblichen Iridiumkatalysatoren, und er weist eine hervorragende Haltbarkeit auf, was die Produktion von grünem Wasserstoff verbessern könnte.
Grüner Wasserstoff wird durch die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mithilfe von erneuerbarem Strom gewonnen. Die dabei ablaufende Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) findet in einer stark sauren und korrosiven Umgebung statt. Iridium ist eines der wenigen Katalysatormaterialien, die dieser Umgebung standhalten können. Allerdings sind seine Kosten hoch und die Ressourcen begrenzt. Forscher versuchen daher, die Reaktivität zu maximieren und gleichzeitig den Einsatz des seltenen Metalls zu reduzieren.
Die Herstellung atomar präziser Metallnanocluster ist ein Weg, den Iridiumverbrauch zu senken. Durch die Verkleinerung von Metallpartikeln auf Cluster von 1 Nanometer (nm) können die spezifische Oberfläche und die Anzahl aktiver Stellen erhöht werden. Allerdings neigt Iridium dazu, an der Luft zu oxidieren und dadurch instabil zu werden. Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das Team eine Polyol-Reduktionsmethode mit Ethylenglykol, kombiniert mit einem Ligandenaustauschprozess, um die Iridiumatome zu schützen.
Durch die Verkapselung des Iridiumatomkerns mit Kohlenmonoxid- und Triphenylphosphinmolekülen erhielten die Forscher Iridiumnanocluster, die aus 15 Atomen bestehen. Selbst bei vollständiger Synthese unter freiem Himmel bleiben diese Cluster hochstabil und oxidationsbeständig. Anschließend wurden die Nanocluster auf einem Rußträger fixiert, um einen festen Katalysator mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,9 Nanometern herzustellen.
Testergebnisse zeigen, dass die Massenaktivität des neuen Materials etwa 1,5-mal so hoch ist wie die von herkömmlichen kommerziellen Iridiumkatalysatoren und dass es über 20 Stunden kontinuierlich betrieben werden kann, ohne dass die Leistung signifikant nachlässt. Weitere Analysen ergaben, dass die extreme Miniaturisierung der Iridiumpartikel deren elektronische Eigenschaften verändert, wodurch chemische Reaktionen effizienter ablaufen.
Yuichi Negishi, Vertreter der Tohoku University, erklärte, dass diese Entdeckung die Produktion von grünem Wasserstoff verbessern und neue Wege für die Entwicklung kosteneffizienter, leistungsstarker Metallnanocluster zur Bewältigung dringender globaler Energie- und Umweltprobleme eröffnen könnte. Die Forschungsergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
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