“Grüner Wasserstoff” erfährt seit Einführung der Nationalen Wasserstoffstrategie eine hohe Aufmerksamkeit als Energieträger und Baustein für verschiedene industrielle Prozesse. Seine Herstellung durch die Wasserelektrolyse unter Verwendung von nachhaltigem Strom ist daher ebenfalls stark ins Zentrum der Forschung gerückt. Von den beiden Halbreaktionen der Wasserelektrolyse ist die Sauerstoff-Entwicklungs-Reaktion (OER) kinetisch anspruchsvoller und erfordert die Entwicklung innovativer Elektrokatalysatoren.

Dr. Harun Tüysüz (Max-Planck-Institut für Kohlenforschung), Prof. Dr. Claudia Felser (Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (CPfS)) und ihre Teams haben nun einen neuen Typ von OER-Elektrokatalysatoren entdeckt. Es gelang ihnen, eine Vielzahl von Heusler-Verbindungen vom Co2YZ-Typ mit einstellbaren physikalisch-chemischen Eigenschaften und gut definierten topologischen Oberflächen zu entwickeln, die Wasser sehr effektiv zu Sauerstoff zu spalten vermögen. Die systematische elektrokatalytische Untersuchung des KOFO-Teams bewies eine solide Korrelation zwischen der Elektronenbesetzung der eg-Orbitale der aktiven Kobalt-Zentren und ihrer OER-Aktivität. Die Materialien zeigten einen Zusammenhang zwischen katalytischer Aktivität und Orbitalbesetzung in Form einer Vulkankurve, wobei die höchste Aktivität für eine Orbitalbesetzung nahe eins erhalten wurde.

Die Arbeit ist ein Beweis dafür, dass Heusler-Verbindungen als eine neue Klasse von OER-Elektrokatalysatoren betrachtet werden können, und sie zeigt die Auswirkung der gezielten Anpassung der Orbitalbesetzung auf die katalytische Wirksamkeit. Die Ergebnisse der Studie wurden kürzlich in dem Artikel “Tunable eg orbital occupancy in Heusler compounds for oxygen evolution reaction” in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie International Edition als „Hot Paper“ publiziert.
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Bild ©MPI für Kohlenforschung:Wirkungsweise von Heusler-Verbindungen als eine neue Klasse von OER-Elektrokatalysatoren.