3D-Struktur verstehen
Nanopartikel-Katalysatoren kommen bei der Produktion von Wasserstoff für die chemische Industrie zum Einsatz. Um die Leistung zu optimieren, ist es unabdingbar, den Einfluss der 3D-Struktur zu verstehen. Die Wissenschaftler haben zwei verschiedene Arten von Nanopartikeln aus Cobalt-Eisenoxid untersucht, die kleiner als zehn Nanometer waren. Sie analysierten die Partikel während der Katalyse der sogenannten "Oxygen Evolution Reaction". Dabei handelt es sich um eine Teilreaktion, die während der Wasserstoffproduktion auftritt.
Wasserstoff wird durch die Spaltung von Wasser mittels elektrischer Energie gewonnen; dabei entstehen Wasserstoff und Sauerstoff. Der Flaschenhals bei der Entwicklung neuer Produktionsprozesse ist die Teilreaktion, in der Sauerstoff gebildet wird, die Oxygen Evolution Reaction. Denn diese Reaktion verändert die Kat-Oberfläche und sorgt dafür, dass die Wasserspaltung ineffizienter wird. Genau diese Veränderungen an der Oberfläche wollen die Experten verstehen, da sie entscheidend für die Aktivität und Stabilität des Katalysators sind.
Reaktionen nachvollziehen
Gerade für kleine Nanopartikel von weniger als zehn Nanometern Durchmesser fehlten bislang Infos dazu, was an der Kat-Oberfläche während der Reaktion passiert. Mit der Atomsondentomografie konnte die Verteilung der verschiedenen Atomsorten in den Cobalt-Eisenoxid-Katalysatoren dreidimensional sichtbar gemacht werden. In Kombination mit weiteren Methoden wurde gezeigt, wie sich die Struktur und Zusammensetzung der Oberfläche während des Katalyseprozesses verändert - und wie diese Veränderung mit der katalytischen Leistung zusammenhängt. Details sind in "Nature Communications" nachzulesen. (pte)