Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuartiger Katalysator mit zwei Funktionen: Hoffnung auf günstigere Brennstoffzellen

09.07.2014

Chemiker der Ruhr-Universität Bochum haben einen entscheidenden Schritt in Richtung kostengünstiger regenerativer Brennstoffzellen und wiederaufladbarer Metall-Luft-Batterien gemacht.

Sie entwickelten einen neuartigen Katalysator auf Basis von Kohlenstoff, der zwei gegensätzliche Reaktionen fördern kann: die Elektrolyse von Wasser und die Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff. Ein solcher Katalysator könnte es ermöglichen, Wind- oder Solarenergie zu speichern und günstigere Batterien zum Beispiel für Elektroautos herzustellen. Das Team berichtet in der „International Edition“ der Zeitschrift „Angewandte Chemie“.


Die neuartigen Katalysatoren, die die RUB-Chemiker entwickelten, können zwei gegensätzliche Reaktionen fördern: die Elektrolyse von Wasser und die Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff.

© RUB, Grafik: Masa

Von Elektrolyse auf Verbrennung umschalten

Die sogenannten bifunktionalen Katalysatoren können Wasser unter Zufuhr von Energie in Wasserstoff und Sauerstoff spalten – Elektrolyse genannt – und die Energie in den chemischen Bindungen des gebildeten Wasserstoffs speichern. Die gleichen Katalysatoren können auch zu einer Brennstoffzelle umgepolt werden; sie verbrennen Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser und erzeugen dabei Strom. Bislang nutzten Forscher für diese Zwecke Katalysatoren auf Basis von Edelmetallen. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie entweder gut für die Elektrolyse oder gut für die Verbrennung sind, jedoch nicht für beides.

Katalysatoren auf Kohlenstoffbasis

Die neuartigen Bochumer Katalysatoren bestehen aus Manganoxid- oder Cobaltoxid-Nanopartikeln, die in speziell modifiziertem Kohlenstoff eingeschlossen sind, in den die Forscher an bestimmten Positionen Stickstoffatome einbauten. Das Team um Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann und Prof. Dr. Martin Muhler von der Fakultät für Chemie und Biochemie untersuchte die Katalysatoren mit zahlreichen spektroskopischen und elektrochemischen Methoden. So bestimmten sie, welche Eigenschaften für die Bifunktionalität entscheidend sind.

„Bestechend einfach“ herzustellen

In einer vorangegangenen Publikation im „Journal of the American Chemical Society” hatten die Bochumer Forscher bereits eine weitere Technik beschrieben, um die bifunktionalen Kohlenstoffkatalysatoren herzustellen. Zu diesem Zweck „schnitten“ sie Nanoröhren aus Kohlenstoff mithilfe von Wärme und Sauerstoff auf und machten die darin eingeschlossenen Katalysatorpartikel nutzbar. „Die Methode ist bestechend einfach“, sagt Martin Muhler. Die Produktion wäre daher im Vergleich zu Katalysatoren auf Edelmetallbasis sehr günstig.

Förderung

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die Arbeiten im Rahmen des Exzellenzclusters RESOLV (EXC 1069) und die Helmholtz-Energie-Allianz im Rahmen des Projekts „Stationäre elektrochemische Speicher und Wandler“ (HA-E-0002).

Titelaufnahmen

A. Zhao, J. Masa, W. Xia, A. Maljusch, M.-G. Willinger, G. Clavel, K. Xie, R. Schlögl, W. Schuhmann, M. Muhler (2014): Spinel Mn-Co oxide in N-doped carbon nanotubes as a bifunctional electrocatalyst synthesized by oxidative cutting, Journal of the American Chemical Society, DOI: 10.1021/ja502532y

J. Masa, W. Xia, I. Sinev, A. Zhao, Z. Sun, S. Grützke, P. Weide, M. Muhler, W. Schuhmann (2014): MnxOy/NC and CoxOy/NC nanoparticles embedded in a nitrogen-doped carbon matrix for high-performance bifunctional oxygen electrodes, Angewandte Chemie International Edition, DOI: 10.1002/anie.201402710

Weitere Informationen

Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Analytische Chemie – Elektroanalytik & Sensorik, Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-26200, E-Mail: wolfgang.schuhmann@rub.de

Prof. Dr. Martin Muhler, Technische Chemie, Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-28754, E-Mail: muhler@techem.rub.de

Angeklickt

Cover von „Angewandte Chemie“
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201405941/pdf

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neuer Mechanismus der Gen-Inaktivierung könnte vor Altern und Krebs schützen
23.02.2017 | Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut e.V. (FLI)

nachricht Alge im Eismeer - Genom einer antarktischen Meeresalge entschlüsselt
23.02.2017 | Universität Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Event News

Booth and panel discussion – The Lindau Nobel Laureate Meetings at the AAAS 2017 Annual Meeting

13.02.2017 | Event News

Complex Loading versus Hidden Reserves

10.02.2017 | Event News

International Conference on Crystal Growth in Freiburg

09.02.2017 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Latest News

From rocks in Colorado, evidence of a 'chaotic solar system'

23.02.2017 | Physics and Astronomy

'Quartz' crystals at the Earth's core power its magnetic field

23.02.2017 | Earth Sciences

Antimicrobial substances identified in Komodo dragon blood

23.02.2017 | Life Sciences