Tajima Prize für Kai S. Exner
Wie sich Katalysatoren unter Spannung verändern
- von Juliana Fischer
- 08.10.2026
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Der Chemiker Prof. Dr. Kai S. Exner von der Universität Duisburg-Essen erhält den Tajima Prize 2026 der International Society of Electrochemistry. Die Auszeichnung würdigt seine theoretischen Arbeiten zur Elektrokatalyse. Ein kürzlich in Accounts of Materials Research erschienener Beitrag bündelt die Forschung seiner Arbeitsgruppe: Wie verändern sich Katalysatoren unter realen Reaktionsbedingungen?
Katalysatoren helfen chemischen Reaktionen auf die Sprünge: Sie sorgen dafür, dass sie schneller ablaufen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. In der Elektrokatalyse ist das etwa wichtig, wenn mit Strom Wasserstoff erzeugt oder Stickstoffverbindungen umgewandelt werden. Wie effizient solche Prozesse sind, hängt entscheidend davon ab, was an der Oberfläche des Katalysators passiert.
Genau das untersucht Exners Team – mit Computersimulationen auf atomarer Ebene. Im Mittelpunkt stehen sogenannte MXene, extrem dünne Materialien, die unter anderem aus Metallen wie Titan oder Molybdän und Kohlenstoff oder Stickstoff bestehen. Wird eine elektrische Spannung angelegt, kann sich ihre Oberfläche neu ordnen: Einzelne Metallatome treten hervor und bilden Zentren, an denen chemische Reaktionen besonders gut ablaufen können.
„Unsere Arbeiten zeigen: Unter einer angelegten Spannung baut sich die Oberfläche um – der eigentliche Katalysator entsteht erst im Betrieb. Wer das versteht, kann Materialien so entwerfen, dass genau die gewünschten aktiven Zentren entstehen“, sagt Exner.
Die Grundidee beschrieb seine Arbeitsgruppe bereits Ende 2024 im Journal of the American Chemical Society. Seitdem haben die Forschenden das Konzept mit computergestützten Methoden weiterverfolgt – unter anderem für die Sauerstoff- und Chlorentwicklung, die Stickstoffreduktion und die Oxidation von Ammoniak.
Der jetzt erschienene Beitrag in Accounts of Materials Research führt diese Arbeiten zusammen. Seine zentrale Aussage: Für die Leistungsfähigkeit eines Katalysators zählt nicht nur das Ausgangsmaterial. Ebenso wichtig ist, welcher aktive Zustand sich während der Reaktion tatsächlich bildet. Spannung und pH-Wert können mitbestimmen, welche atomaren Strukturen entstehen.
Der Tajima Prize würdigt die publizierten Forschungsleistungen von Elektrochemiker:innen unter 40 Jahren. Erstmals seit zehn Jahren geht die Auszeichnung wieder an einen Forscher an einer deutschen Institution. 2027 stellt Exner seine Arbeiten in einer Award Lecture auf der Jahrestagung der International Society of Electrochemistry in Glasgow vor.
Weitere Informationen
Originalpublikation in Accounts of Materials Research: https://doi.org/10.1021/accountsmr.6c00164
Prof. Dr. Kai S. Exner, Theoretische Katalyse und Elektrochemie, Tel. 0201/18 3-2992, kai.exner@uni-due.de