Optimierung chemischer Reaktionen für die Brennstoffzellen von morgen
Katalysatoren sind Verbindungen, die die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen, ohne dabei selbst einer Veränderung zu unterlaufen; d. h. sie können immer wieder verwendet werden. Elektrokatalysatoren sind eine besondere Art an Katalysatoren, die an der Oberfläche der Elektroden wirken und dort stattfindende Reaktionen begünstigen. Angesichts des Aufkommens der Nanotechnologie und der interessanten Anwendungsbereiche von Materialien im Nano-Maßstab ist es nur logisch, dass diese Materialien auch für elektrokatalytische Anwendungen an Bedeutung gewinnen. Europäische Wissenschaftler setzten sich zur Aufgabe, die Faktoren systematisch zu charakterisieren, die die Aktivität und Selektivität von nanokristallinen Oxid-Elektroden beeinflussen. Hierzu nutzten sie EU-Fördermittel für das Projekt "Nanocrystalline oxides for selective oxidative electroanalysis" (NOSOE). Die Wissenschaftler widmeten sich speziell den sogenannten Sauerstoff- und Chlorentwicklungsreaktionen (CER) in sauren Lösungen. Man nutzt diese Reaktionen, um über die Elektrolyse von Säuren molekularen Sauerstoff (O2) und Chlor (Cl2) herzustellen. Das NOSOE-Konsortium wollte insbesondere die Mechanismen und aktiven Zentren (die Stellen, an welchen der Katalysator das oder die Reaktionsmittel bindet) von Oxid-Elektrokatalysatoren aufklären. Das Wissen über die Wirkung von Katalysatoren und über die Anwendung fortschrittlicher Syntheseansätze könnte zu einer neuen Klasse von Elektrokatalysatoren auf Oxid-Basis mit kontrollierter Aktivität und Selektivität führen. Das Konsortium optimierte Synthesevorgänge für bestimmte Elektrokatalysatoren, die von besonderem Interesse sind. Die Wissenschaftler charakterisierten die Elektrokatalysatoren mit modernsten Röntgendiffraktionsmethoden und überprüften ihre chemische Aktivität auf die Entwicklung von Sauerstoff und Chlor in sauren Medien. Die Katalysatoren waren hochselektiv gegenüber der Sauerstoffentwicklung, und zwar selbst bei hoher Chlorionenkonzentration. Anschließend entwickelten Forscher detaillierte Strukturmodelle (mit Hilfe der Röntgenabsorptionsspektroskopie) inklusive der Distributions- und Bindungs-Anordnungen bestimmter chemischer Vertreter sowie möglicher aktiver Zentren auf der Oberfläche von Oxid-Katalysatoren. Die Ergebnisse des NOSOE-Projekts wurden bereits in internationalen Fachzeitschriften und auf internationalen Konferenzen vorgestellt. Man geht davon aus, dass sie von großer Bedeutung für die Entwicklung von Katalysatoren für Brennstoffzellen sind und den Gebrauch erneuerbarer Wind- und Sonnenenergiequellen verbessern werden.
