Katalysatoren auf Basis von Phosphor: Wissenschaftler*innen ver?ffentlichen Ergebnisse in Fachmagazin
Chemiker*innen der Universit?t Paderborn und der Technischen Universit?t Dresden haben zusammen mit einem internationalen Wissenschaftler*innenteam nachhaltige Sauerstoff-Elektrokatalysatoren für den Einsatz in umweltschonenden Zink-Luft-Batterien untersucht. Bislang werden dafür Materialien wie Edelmetalle verarbeitet, die Unzul?nglichkeiten in Bezug auf Vorkommen und Kosten sowie elektrochemische und katalytische Kapazit?ten aufweisen. Die Forscher*innen haben deshalb eine bestimmte Phosphor-Variante so pr?pariert, dass sie die Reaktionsleistung der für die Batterie notwendigen Sauerstoffentwicklung deutlich steigern konnten – ohne dafür Edelmetalle einzusetzen. Damit haben sie gleichzeitig den ersten sogenannten bifunktionalen phosphorbasierten metallfreien Sauerstoff-Katalysator entwickelt. Ihre Ergebnisse wurden jetzt im renommierten Fachmagazin ?Advanced Materials“ ver?ffentlicht.
?Wiederaufladbare Zink-Luft-Batterien z?hlen aktuell zu den vielversprechendsten Energietechnologien. Elektrokatalysatoren sind dabei für die Sauerstoff-Evolutionsreaktion und die Sauerstoff-Reduktionsreaktion verantwortlich, sie steuern den Lade-/Entlademechanismus. Man spricht deshalb auch von bifunktionalen Prozessen“, erkl?rt Mitautorin Dr. Ramya Kormath Madam Raghupathy, Postdoc-Stipendiatin im Arbeitskreis ?Theoretische Chemie“ von Prof. Dr. Thomas Kühne an der Universit?t Paderborn. Metallfreie Katalysatoren, zu denen der in den Studien eingesetzte Phosphor geh?rt, sind deshalb so attraktiv, weil dabei kostengünstige und ressourcenreiche Elemente verwendet werden. ?In jüngster Zeit hat sich insbesondere schwarzer Phosphor aufgrund seiner guten Eigenschaften wie z. B der hohen Ladungstr?gerbeweglichkeit als geeignetes Material herauskristallisiert“, so Kormath Madam Raghupathy weiter.
Die Wissenschaftler*innen haben durch kovalente Bindung – also die atomare Bindung zwischen Nichtmetallen – von Phosphor mit graphitischem Kohlenstoffnitrid den ersten metallfreien bifunktionalen Sauerstoff-Elektrokatalysator entwickelt. Dazu Kormath Madam Raghupathy: ?Die hohe Sauerstoff-Evolutionsreaktion übertrifft alle bisherigen metallfreien Katalysatoren auf Phosphor-Basis. Wir konnten mithilfe von experimentellen Studien und Berechnungen die entscheidende Rolle der Grenzfl?chen-Bindungen bei der Regulierung der Elektronenumverteilung best?tigen.“ Künftig k?nnte das Prinzip eine leistungsstarke Strategie für die Herstellung von Katalysatoren sein, die für verschiedene Energiespeicher- und Umwandlungsanwendungen ben?tigt werden.
Zur Studie: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202008752
Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse, Kommunikation und Marketing
