Berlin, 3. September 2025 – Forscher des Fritz-Haber-Instituts der Max-Planck-Gesellschaft haben bedeutende Fortschritte im Verständnis der Katalysatoraktivität für die Produktion von grünem Wasserstoff erzielt. Die in der Zeitschrift Nature Chemistry veröffentlichte Studie, geleitet von Dr. Raul Martinez-Hincapié und Dr. Sebastian Oener unter der Leitung von Prof. Dr. Beatriz Roldán Cuenya, konzentriert sich auf die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER), einen zentralen Prozess der Wasserelektrolyse, der für die Wasserstoffherstellung entscheidend ist.
Die Wissenschaftler nutzten temperaturabhängige elektrochemische Messungen und Operando-Röntgenspektroskopie, um die Kinetik der OER zu untersuchen. Sie identifizierten einen kritischen Übergangspunkt in der Katalysatoraktivität, bei dem die Reaktion von einer durch die Bildung überschüssiger Ladung begrenzten Phase zu einer hochaktiven Phase wechselt. Dieser Übergang ist unabhängig von der Materialmenge oder der Oberflächenbeschaffenheit des Katalysators, was auf eine fundamentale Eigenschaft der Katalysator-Elektrolyt-Grenzfläche hinweist.
Ein zentrales Ergebnis ist die Bedeutung der Grenzflächensolvatation, bei der Ionen ihre Lösungsmittelmoleküle reorganisieren müssen, um mit der Katalysatoroberfläche zu interagieren. Die Studie zeigt, dass die Aktivität des Katalysators eng mit diesem Prozess und den strukturellen sowie chemischen Veränderungen der Oxidoberfläche während der Reaktion verknüpft ist. Die Forscher betonen, dass die Katalysator-Elektrolyt-Grenzfläche als einheitliches System betrachtet werden muss, da sowohl die feste Oberfläche als auch der flüssige Elektrolyt die Reaktionskinetik beeinflussen.
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Die Erkenntnisse wurden durch den Einsatz fortschrittlicher Spektroskopietechniken gewonnen, die es ermöglichten, die dynamischen Veränderungen der Katalysatoroberfläche in Echtzeit zu beobachten. Diese Methoden lieferten detaillierte Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen Katalysator, Ionen und Wasser, die für die Optimierung von Elektrolyseuren entscheidend sind. Die Ergebnisse könnten die Entwicklung effizienterer Katalysatoren für die Wasserelektrolyse vorantreiben, was die Produktion von grünem Wasserstoff kostengünstiger und nachhaltiger machen würde.
Die Abteilung Grenzflächenwissenschaft des Fritz-Haber-Instituts plant, diese Erkenntnisse weiter zu vertiefen, um die Energieumwandlungstechnologien zu verbessern. Die Forschung unterstreicht die Notwendigkeit, die komplexen Zusammenhänge an der Katalysatoroberfläche zu verstehen, um die Grundlage für eine nachhaltige Wasserstoffwirtschaft zu schaffen.
