Preiswertes Katalysatormaterial Dienstag, 16.02.2016
Alternative zu Platin: Katalysator aus Eisen-Stickstoff-Komplexen in Graphen
Mit einem neuen Präparationsverfahren haben Teams am
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB)
und der TU Darmstadt ein preiswertes Katalysatormaterial für
Brennstoffzellen hergestellt und eingehend analysiert: Es
besteht aus Eisen-Stickstoff-Komplexen, die in
Graphen-Inseln von nur wenigen Nanometern im Durchmesser
eingebettet sind. Dabei sorgen nur die FeN4-Zentren für die
hervorragende katalytische Wirkung, die an Platin
heranreicht. Die Ergebnisse lassen sich auch für die solare
Wasserstoffproduktion nutzen.
Brennstoffzellen
wandeln die in Wasserstoff (H2) gebundene chemische Energie
in elektrische Energie um, indem sie Wasserstoffgas mit
Sauerstoff (O2) der Luft zu Wasser (H2O) elektrochemisch
„verbrennen“ und dabei Strom erzeugen. Künftige Elektroautos
könnten daher anstatt mit schweren Batterien auch sehr gut
mit Brennstoffzellen angetrieben werden. Damit jedoch die
„kalte“ Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff gut
funktioniert, müssen die Anode und die Kathode der
Brennstoffzelle mit hochaktiven Katalysatoren beschichtet
werden. Das Problem dabei: Bislang werden dafür
platinbasierte Katalysatoren (Pt/C) eingesetzt, die zu etwa
25 Prozent zu den Kosten der Brennstoffzelle beitragen.
Mittlerweile erreichen Eisen-Stickstoff-Komplexe
im Graphen (sogenannte Fe-N-C-Katalysatoren) zu Pt/C
vergleichbare Aktivitäten für die kathodische
Sauerstoffreduktion.
Der Clou in der aktuellen
Arbeit ist ein Reinigungsverfahren (eine Kombination aus
thermischer Behandlung mit anschließendem Ätzschritt), das
universell für diese Katalysatoren eingesetzt werden kann.
Damit kann der Anteil an störenden Metallverbindungen auch
bei ursprünglich sehr heterogen zusammengesetzten
Metall-N-C-Katalysatoren nachträglich deutlich
reduziert werden. Interessant ist hierbei, dass parallel die
Aktivität enorm ansteigt und die hohe katalytische Wirkung
auch ohne Promotoren erreicht wird.
Bild: S. Fiechter/HZB - Nanoinsel aus Graphen, in die
Eisen-Stickstoff-Komplexe eingelagert sind. Katalytisch
wirksam sind FeN4-Komplexe.
16.02.2016
KK
