Der Elektrokatalysator soll Reaktion möglichst ohne Verluste ablaufen zu lassen, um wenig der aufwendig hergestellten erneuerbaren Energie zu verschwenden. So können zum Beispiel wichtige Energieträger wie Wasserstoff direkt aus Wasser erzeugt und Klimagase wie Kohlendioxid in wertvolle chemische Grundstoffe verwandelt werden.

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„Elektrisierende“ Chemie unter der Lupe Chemische Prozesse durch elektrischen Strom antreiben

06.06.2018

Mit der steigenden Verfügbarkeit elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen wird es in Zukunft möglich sein, viele chemische Prozesse durch elektrischen Strom anzutreiben. Auf diese Weise können auf nachhaltige Produkte oder Brennstoffe erzeugt werden, für deren Erzeugung wir jetzt noch fossile Rohstoffe einsetzen.

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Wie die Elektrokatalysatoren genau funktionieren, ist jedoch noch nicht restlos geklärt. Mit einer neuen Methode von Forschern der FAU und des Helmholtz-Instituts für Erneuerbare Energien Erlangen-Nürnberg könnte sich das nun ändern.

Keine Energie verschwenden

Fast immer finden elektrisch angetriebene Reaktionen an sogenannten Elektrokatalysatoren statt. Dabei handelt es sich um meistens sehr komplex aufgebaute Materialien, die aus einer Vielzahl von chemischen Komponenten bestehen. Der Elektrokatalysator hat die Aufgabe, die Reaktion möglichst ohne Verluste ablaufen zu lassen, um wenig der aufwendig hergestellten erneuerbaren Energie zu verschwenden. Auf diese Weise können zum Beispiel wichtige Energieträger wie Wasserstoff direkt aus Wasser erzeugt und Klimagase wie Kohlendioxid in wertvolle chemische Grundstoffe verwandelt werden. In den meisten Fällen sind die genauen chemischen Abläufe am Elektrokatalysator kaum bekannt. Ein genaueres Verständnis dieser elektrisch angetriebenen Chemie ist aber dringend notwendig: zum einen, um ganz gezielt Katalysatoren für neue Prozesse herzustellen, zum anderen, um die häufig sehr begrenzte Lebensdauer der Katalysatoren zu verbessern.

Wie im Journal Nature Materials berichtet, stellen nun Forscher eine neue Methode vor, um in Zukunft elektrokatalytische Reaktionen viel genauer untersuchen zu können. Die Arbeitsgruppe von hat gezeigt, dass es möglich ist, einen komplizierten Elektrokatalysator mit atomarer Genauigkeit zusammenzubauen und daran den genauen Verlauf elektrokatalytischer Reaktionen zu untersuchen. Der Zusammenbau des Katalysators erfolgt dabei im sogenannten Ultrahochvakuum, das heißt unter Ausschluss sämtlicher Verunreinigungen, die häufig die Ergebnisse beeinflussen. Nach diesem Durchbruch wird es in der Zukunft mit der gleichen Strategie möglich sein, eine Vielzahl weiterer Katalysatoren zu untersuchen und so ein viel besseres Verständnis der „elektrisierten“ Zukunftschemie zu erhalten.

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