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© Crystal Kwok
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Max-Buchner-Forschungsstipendium für Exner „Es gibt mehrere Strategien für die Sauerstoffgasentwicklung“

[19.07.2021]

Warum sind Katalysatoren für die Sauerstoffgasentwicklung nicht unbedingt besser, wenn man ihre Skalierungsbeziehungen aufbricht? Das arbeitet CENIDE-Mitglied Prof. Kai Exner in einem Artikel heraus, der im renommierten Journal Chem Catalysis* veröffentlicht wurde. Weitere Forschungsarbeiten des Chemikers werden durch das Max-Buchner-Forschungsstipendium in Höhe von 10.000 Euro ermöglicht.

Um molekularen Sauerstoff elektrochemisch zu bilden, müssen nacheinander vier Elektronen und vier Protonen mithilfe eines Katalysators übertragen werden. Da jedoch mindestens einer dieser Protonen-Elektronen-Übertragungsschritte sehr langsam abläuft, ist dieser Prozess noch nicht effizient genug.

Bislang hat man im komplexen Mechanismus der Sauerstoffgasentwicklung versucht, die Skalierungsbeziehung zwischen den Reaktionsintermediaten OH und OOH aufzubrechen, um effizientere Katalysatoren zu entwickeln. Exner hat in seinen Untersuchungen nun feststellen können, dass dieses Verfahren nicht unbedingt zu besseren Katalysatoren führt.

Das hat unter anderem damit zu tun, dass bisher nur die Energetik der Protonen-Elektronen-Übertragungsschritte in Hinblick auf die Skalierungsbeziehung diskutiert wurde. Die Kinetik, also wie schnell oder langsam die Übertragungsschritte ablaufen, spielt jedoch ebenfalls eine Rolle. In seinem Artikel konnte Exner aufzeigen, dass bestimmte energetisch günstigere Kombinationen, schlechtere Katalysatoren als energetisch ungünstigere Kombinationen sind. Demnach kann die Suche nach Katalysatormaterialien für die Sauerstoffgasentwicklung nicht auf die Skalierungsbeziehungen alleine reduziert werden. Im Rahmen neuer Forschungsaktivitäten wäre es unter anderem notwendig, den Protonen- und Elektronen-Transfer besser zu beschreiben.

Mit dem einjährigen Max-Buchner-Forschungsstipendium der DECHEMA plant Exner ab Juli 2021 mit mikrokinetischen Simulationen tiefergehende Einblicke in die Gemeinsamkeiten und Unterschiede von gekoppelten und entkoppelten Protonen-Elektronen-Übertragungsschritten zu gewinnen. Im Idealfall können darüber auch Rückschlüsse für das Design von Katalysatoren in der Sauerstoffgasentwicklung gezogen werden.

*Originalveröffentlichung:
Kai S. Exner: Why the breaking of the OOH versus OH scaling relation might cause decreased electrocatalytic activity. Chem Catalysis 2021, 1, 258-271.
https://doi.org/10.1016/j.checat.2021.06.011

 

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Kai Exner, Theoretische Anorganische Chemie, 0201 183 2992, kai.exner@uni-due.de

Redaktion: Sarah Heuser, sarah.heuser@uni-due.de