Neuer Brennstoffzellen-Katalysator

Ein alternativer Katalysator bestehend aus organischen Molekülen sowie Eisen bzw. Mangan auf einer Metallunterlage wurde am Max-Planck-Instituts entwickelt. Diese Materialien sind günstiger und leichter verfügbar als Platin.

Brennstoffzellen gelten als ein wichtiger Baustein der Energiewende, da sie elektrische Energie liefern, ohne zunächst aus fossilen Brennstoffen Hitze und Dampf erzeugen zu müssen. Vielmehr erzeugen sie die Energie direkt aus einer Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser. Deshalb können sie effizienter Energie erzeugen als Kohle- oder Gaskraftwerke. Heutige Brennstoffzellen brauchen allerdings für diese Reaktion teures Platin als Katalysator, was ihre breite Anwendung einschränkt. Die Forscher des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung haben Eisen- und Manganatome zusammen mit organischen Molekülen in einer Vakuumkammer auf eine Goldunterlage aufgedampft, wobei sich die organischen Moleküle und die Metallatome von selbst zu Mustern anordneten. Es bildeten sich Netzwerke, bei denen einzelne Eisen- oder Manganatome von mehreren organischen Molekülen umgeben sind. Um die katalytische Funktion der Netzwerke zu testen, wurden die Proben aus dem Vakuum in eine Flüssigkeit überführt. Es zeigte sich, dass die katalytische Aktivität von der Art des Metallzentrums, die Stabilität der Struktur hingegen von der Art der organischen Moleküle, die das Netzwerk bilden, abhing. Eisenatome führten zu einer zweistufigen Reaktion über die Zwischenstufe Wasserstoffperoxid, während Manganatome eine direkte Umwandlung von Sauerstoff zu Wasser bewirkten.Die letztere Reaktion mit Mangan dürfte für Brennstoffzellen die interessantere Reaktion sein, da Experten durch die direkte Reaktion eine höhere Effizienz bei der Umwandlung der chemischen in elektrische Energie erwarten. Bild: © Grumelli et al., Nat. Comm. 2013 – Raster-Tunnelmikroskopie. Eisen-Atome und organische Moleküle sind regelmäßig auf Goldunterlage angeordnet.

Erstellt am 19.1.2014

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