Sauerstoffgasentwicklung an Cobaltoxid-basierten Katalysatoren
von Kai Exner | 2026-05-27
CENIDE
Forschende der Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Stephan Barcikowski, Prof. Dr. Stephan Schulz und Prof. Kai S. Exner haben Ergebnisse zur Sauerstoffgasentwicklung an Cobaltoxid-basierten Katalysatoren in „Angewandte Chemie International Edition“ veröffentlicht. Die Arbeiten entstanden im SFB/TRR 247 "Heterogene Oxidationskatalyse in der Flüssigphase".
Die elektrochemische Sauerstoffgasentwicklung (Oxygen Evolution Reaction, OER) ist eine zentrale Teilreaktion der Wasserelektrolyse und damit entscheidend für die nachhaltige Produktion von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien. Da die OER als komplexe Mehr-Elektronen-Reaktion anspruchsvoll ist, werden aktive und stabile Katalysatoren benötigt. Cobaltoxid-basierte Materialien gelten hierfür als vielversprechend.
Im Mittelpunkt steht ein Perspektivwechsel: Experimente wurden gezielt eingesetzt, um theoretische Vorhersagen zu überprüfen. Theorie dient damit nicht nur der Erklärung experimenteller Beobachtungen, sondern wird zum Ausgangspunkt der Materialentwicklung.
Vorarbeiten aus den Arbeitsgruppen Schulz und Barcikowski zeigten, dass Übergangsmetall-Dotierungen in Cobaltoxid-Nanopartikeln – im Partikelvolumen bzw. vor allem an der Oberfläche – qualitativ gut vorhergesagt werden können. Quantitative Aktivitätstrends ließen sich jedoch nur begrenzt abbilden.
Darauf aufbauend entwickelte der Arbeitskreis Exner neue Modellierungsstrategien. Statt nur zu fragen, ob ein Dotierstoff die OER-Aktivität von Co3O4 erhöht, wurden "promoting effects" betrachtet: Welche Oberflächenanreicherung hat den größten Einfluss? Die Modellierung sagte voraus, dass eine Chrom-reiche Oberfläche die OER-Aktivität von Co3O4 stark steigert. Diese Vorhersage bestätigte der Arbeitskreis Schulz experimentell.
Die Studie vertieft das Verständnis katalytischer Prozesse an elektrochemischen Grenzflächen und eröffnet neue Möglichkeiten für das computergestützte Screening von Katalysatoren.
Link zur Publikation:
https://doi.org/10.1002/anie.202524523
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