Bei der Speicherung erneuerbarer Energien mit Hilfe der Wasserelektrolyse spielt die strukturelle Dynamik der elektrifizierten Elektroden-Elektrolyt-Grenzflächen, an denen Strom in chemische Energie umgewandelt wird, eine entscheidende Rolle.
Die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) und die Umwandlungseffizienz der Sauerstoffentwicklungsreaktion sind Grenzflächenprozesse mit äußerst komplexen dynamischen Mechanismen. Um diese Prozesse zu beschleunigen und effizienter zu gestalten ist ein umfassendes Grundverständnis der Elektrokatalyse unabdingbar.
Jahrzehntelang ging man davon aus, dass die elektrokatalytischen Reaktionen durch die Verringerung der Aktivierungsenergie beschleunigt werden können. Dies wurde routinemäßig durch die Optimierung der Adsorptionsenergien von Zwischenprodukten versucht, in Übereinstimmung mit dem Sabatier-Prinzip, dem Hauptparadigma der Elektrokatalyse.
In einer kürzlich erschienen Publikation in ACS Catalysis stellen Dr. Aleksandar R. Zeradjanin, wissenschaftlicher Mitarbeiter am MPI CEC und Kolleg*innen neue experimentelle Erkenntnisse über die HER vor, die das allgemeine Verständnis der Elektrokatalyse weiter vertiefen können.
Besonders bemerkenswert ist die sehr überraschende Beobachtung, dass die für HER aktivsten Metalle (d. h. Edelmetalle), die bei einer bestimmten Stromdichte die niedrigsten Überspannungen aufweisen, im Vergleich zu den anderen Metallen des d-Blocks die höchsten Aktivierungsenergien besitzen. Dies deutet auf einen großen, wenn nicht gar dominanten Einfluss des Frequenzfaktors auf die Aktivitätstrends hin und auf die Notwendigkeit, die Ursachen der elektrokatalytischen Aktivität eingehender zu überdenken.
Die erzielten Ergebnisse fanden bei dem kürzlich gehaltenen Vortrag von Dr. Zeradjanin auf einem Symposium im MAPEX Center for Materials and Processes in Bremen, große Beachtung beim Publikum.
Detaillierte Informationen sind in der Publikation nachzulesen.
Original-Publikation:
Aleksandar R. Zeradjanin, Praveen Narangoda, Justus Masa, and Robert Schlögl (2022). What Controls Activity Trends of Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction? - Activation Energy Versus Frequency Factor. ACS Catalysis 12 (19), 11597-11605 DOI: https://doi.org/10.1021/acscatal.2c02964