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27.07.2016

Korrodierte Edelstahlelektrode für die elektrochemische Wasserspaltung


Die elektrokatalytische Wasserspaltung gehört zu den Zukunftstechnologien einer umweltfreundlichen und preisgünstigen Energiegewinnung. Vor allem wegen der trägen Oxidationsreaktion zu Sauerstoff liegt eine industrielle Anwendung jedoch noch in weiter Ferne. Chinesische Wissenschaftler stellten jetzt eine Möglichkeit vor, anstelle der derzeit verwendeten teuren Schwermetalloxide künstlich korrodierten Edelstahl als Elektrokatalysator zu verwenden. Dieser ist hochaktiv für die Sauerstoffentwicklung und könnte sich als eine überraschend einfache Option zur Lösung eines lange bekannten Problems erweisen.

Die Wasserspaltung ist die Umsetzung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Während die Pflanzen dieses Prinzip als wichtigste Reaktion zur Energie zur Energieumwandlung nutzen, lässt es sich industriell nur schwer abbilden. Besonders schwierig ist es, Katalysatoren für die Beschleunigung der trägen Oxidationsreaktion zu finden, um Sauerstoff zu generieren. Mögliche Elektrokatalysatoren müssen eine Vielzahl von Eigenschaften erfüllen, unter anderem sollten sie beständig und preiswert sein. Die derzeit besten Katalysatoren sind aber teure und seltene Schwermetalloxide. Billigere und leichter verfügbare Übergangsmetalle haben häufig andere Nachteile. Einen ungewöhnlichen Ansatz wählten nun Xinbo Zhang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und seine Mitarbeiter, indem sie eine einfache Edelstahlplatte durch künstliche Korrosion in einen hervorragenden Elektrokatalysator verwandelten.

Die ehemals glatte, ebene Oberfläche des Stahls wird durch den Korrosionsprozess durch Hydrothermalbehandlung und elektrochemische Verfahren in Alkalilösung rostig-braun. Verrostet, aber bestens geeignet für die Katalyse. So gelangen Nickelverbindungen an die Oberfläche, die schon als sehr gute Katalysatoren bekannt sind. Zudem lässt sich die rauere basische Oberfläche hervorragend benetzen, bietet ausgezeichneten Kontakt zum Stromkollektor und ist stabil und robust.

Weder die Stabilität im Dauertest noch die notwendige Reaktivierung der korrodierten Oberfläche durch das gleiche künstliche Korrosionsverfahren erwiesen sich als Problem. In Anspielung auf die schlechte Reputation von "Rost" als vermeintlich unbrauchbar gewordenes Material, nennen die Wissenschaftler ihre Methode "Aus Abfall wird Wertstoff". Das praktikable, effiziente und preisgünstige Verfahren könnte eine interessante Option für die industrialisierte Wasserspaltung der nächsten Generation sein.

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Quelle: Angewandte Chemie




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