Kürzlich wurde das 2015 initiierte und vom MPI CEC koordinierte Verbundprojekt MANGAN zum Abschluss gebracht. In diesem großangelegten und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt stellte sich ein breit aufgestelltes Konsortium aus 25 Arbeitsgruppen aus insgesamt 15 Instituten und Universitäten der Frage, ob sich Verbindungen des Elements Mangan als Elektrokatalysatoren für die Wasserspaltung zur industriellen Wasserstoffgewinnung eignen. Inspiriert wurde das Vorhaben unter anderem durch die Photosynthese, in der ein Mangan-Komplex, eingebettet in eine Proteinmatrix, die natürliche Wasserspaltung im Blatt katalysiert.

Bei dem Projekt wirkten Experten unterschiedlicher Spezialisierungen unter Einsatz diverser Synthese- und Analysetechniken zusammen. Dabei galt es nicht nur unterschiedlichste Verbindungen und Elektroden herzustellen, sondern diese auch bezüglich ihrer katalytischen Eigenschaften in einer einheitlichen Weise zu charakterisieren, wozu eigens ein Standardverfahren entwickelt wurde. So konnten im Laufe des Projekts Charakterisierungsmethoden weiterentwickelt und Erkenntnisse zu Struktur-Funktions-Beziehungen verschiedener Manganverbindungen erlangt werden.

Trotz durchaus vielversprechender anfänglicher Effizienz einiger Elektroden, musste jedoch festgestellt werden, dass die oftmals geringe Stabilität und die schlechte Leitfähigkeit vieler Manganverbindungen entscheidende Hindernisse für eine industrielle Anwendung darstellen. Auch wenn sich somit das Anwendungspotential von manganbasierten Elektrokatalysatoren für die Wasserspaltung als eher gering einordnen lässt, konnten durch die interdisziplinäre Herangehensweise an die Problemstellung dennoch essentielle Erkenntnisse erlangt werden. So sind es nicht die Eigenschaften des Katalysators allein, welche die Effizienz des Elektrolyseprozesses bestimmen, sondern ist es vielmehr ein komplexes Zusammenspiel der beteiligten Komponenten, wie die mechanische und elektronische Kompatibilität von Katalysator und Trägermaterial, Einflüsse des Elektrolyten und die Geometrie der Katalysatorschicht und deren Einfluss auf Stabilität und Ladungstransport. Somit konnten Zusammenhänge identifiziert werden, die einen wichtigen Grundstein legen für weiterführende Forschung an Konzepten für ein optimiertes Elektrodendesign auch jenseits von Mangan.

Weitere Information zum Projekt, den beteiligten Projektpartnern und Publikationen können unter https://mangan.cec.mpg.de eingesehen werden.