Ein Team von Chemikern der TU Dresden unter Leitung von Alexander von Humboldt-Forschungsstipendiat Dr. Ran Du ist es erstmalig gelungen, verschiedene Edelmetall-Aerogele (NMAs) herzustellen, die eine beeindruckende Leistungsfähigkeit für die pH-universelle Elektrokatalyse für die Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR), die Wasserstoff-entwicklungsreaktion (HER) und die elektrochemische Wasserspaltung aufweisen. Damit ebnen die Chemiker der TU Dresden den Weg für neue Anwendungen, zum Beispiel für die elektrochemische Wasserstofferzeugung und Brennstoffzellen.

Die Elektrokatalyse ist eines der am meisten erforschten Themen auf dem Gebiet der Materialwissenschaften, da sie an vielen wichtigen energiebezogenen Prozessen beteiligt ist, darunter die Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) für Brennstoffzellen, die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) für die Produktion von umweltfreundlichen Wasserstoff und die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) für Metall-Luft-Batterien. Edelmetall-Aerogele (NMAs) bilden aufgrund der kombinierten Eigenschaften von Metallen und Aerogelen eine neue Klasse herausragender Elektrokatalysatoren. Allerdings sind die erforschten elektrokatalytischen Reaktionen von NMAs durch die bisher verfügbaren Zusammensetzungen stark eingeschränkt und bestimmte wichtige elektrochemische Prozesse noch nicht untersucht worden.

Dr. Ran Du aus China ist ein Alexander von Humboldt-Forschungsstipendiat, der seit 2017 als Postdoktorand in der Gruppe der Physikalischen Chemie von Professor Alexander Eychmüller an der TU Dresden arbeitet. In Zusammenarbeit mit Prof. Wei Jin von der Jiangnan-Universität, China, haben sie vor kurzem verschiedene Edelmetall-Aerogele entwickelt, die ein hohes Potenzial für verschiedene pH-universelle elektrochemische Katalysen aufweisen, darunter die Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR), die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) und die elektrochemische Wasserspaltung. Damit könnten die NMAs zukünftig in Brennstoffzellen, bei der Produktion von umweltfreundlichen Wasserstoff und weiteren Anwendungsgebieten zum Einsatz kommen. Die Arbeit wurde in der renommierten Zeitschrift Advanced Energy Materials veröffentlicht.

Durch die Verwendung eines starken Aussalzungsmittels (Ammoniumfluorid (NH₄F)) zur Auslösung der Gelierung wurde die Zusammensetzung der so erhaltenen Edelmetall-Aerogele (NMAs) auf verschiedene bi- und trimetallische Systeme ausgedehnt. Im weiteren manipulierten Ran Du und sein Team die chemische Zusammensetzung und erweiterten damit das Anwendungsgebiet der NMAs auf die pH-universelle ORR-Elektrokatalyse, die HER-Elektrokatalyse und die elektrochemische Wasserspaltung. Bemerkenswert ist, dass das Gold-Rhodium-Aerogel (Au-Rh-Aerogel) und das Gold-Platin-Aerogel (Au-Pt-Aerogel) eine außergewöhnliche pH-Universalleistung für die HER- beziehungsweise die ORR-Elektrokatalyse aufweisen und beide Aerogele die Eigenschaften von kommerziellem Pt/C (Platin auf Kohlenstoff) in einem weiten pH-Bereich erheblich übertreffen.

"Auf diesen Ergebnissen aufbauend werden sich unsere zukünftigen Forschungsarbeiten auf die Morphologie-kontrollierte NMA-Synthese und die Untersuchung der Korrelationen zwischen den strukturellen Merkmalen von NMAs und ihren elektrokatalytischen Eigenschaften beziehen", erläutert Chemiker Ran Du.

Originalveröffentlichung:

Du, R.; Jin, W.*; Hübner, R.; Zhou, L.; Hu, Y.; Eychmüller, A.*, Engineering Multimetallic Aerogels for pH-Universal HER and ORR Electrocatalysis. Adv. Energy Matter. 2020, DOI: 10.1002/aenm.201903857.

Kontakt für Journalisten

Nicole Gierig
Öffentlichkeitsbeauftragte
Bereich Mathematik und Naturwissenschaften
TU Dresden
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