Das neue Verfahren, das Corina Andronescu (Mitte) und Stefan Barwe (links daneben) mit ihren Kollegen entwickelt haben, könnte für die Wasserstoffproduktion interessant sein.
Kramer / RUB
Chemiker der Ruhr-Universität Bochum haben einen neuen Weg gefunden, um pulverförmige Katalysatoren stabil auf Elektroden zu befestigen. Das war bislang ein Problem, wenn sich die Elektroden während der chemischen Reaktion bei starker Gasentwicklung in einer alkalischen Lösung befanden. Die neue Technik könnte zum Beispiel für die Wasserstoffproduktion interessant sein. Das Team um Dr. Corina Andronescu, Stefan Barwe und Professor Dr. Wolfgang Schuhmann vom Bochumer Zentrum für Elektrochemie berichtet in der International Edition der Zeitschrift Angewandte Chemie.
"Bei der Synthese von Katalysatoren möchte man Nanopartikel herstellen, um eine möglichst große Oberfläche zu erhalten", erklärt Wolfgang Schuhmann. Dieses Pulver auf der Elektrodenoberfläche langzeitstabil zu befestigen, sei eine Herausforderung. Für Elektroden, die in saurem Milieu arbeiten, gäbe es geeignete Bindemittel. Diese nutze man häufig auch für alkalische Umgebungen; aber sie seien nicht leitfähig und hätten sich als instabil erwiesen. Daher seien viele pulverförmige Katalysatoren, die industriell interessant sein könnten, bislang nicht nutzbar, weil ein geeignetes Bindemittel fehle.
Polymer wird zu Kohle
Das Bochumer Team hat eine neue Methode vorgeschlagen, mit der sich Nanopartikel-Katalysatoren langfristig stabil an Metalloberflächen binden lassen. Sie nutzten ein bestimmtes organisches Polymer, nämlich ein Polybenzoxazin, das bei Temperaturen um die 500 Grad Celsius zu Kohle wird. Dieses Polymer habe man gemeinsam mit dem pulverförmigen Katalysator auf die Oberfläche einer Nickel-Elektrode aufgetragen und diese anschließend stark erhitzt. Das Polymer verwandelte sich dabei in eine leitfähige Kohlenstoffmatrix mit eingelagertem Katalysator, die fest mit der Elektrode verbunden war.
Der Trick laut den Forschern war die Wahl eines geeigneten Polymers. Polybenzoxazin sei sehr hitzebeständig und ziehe sich bei hohen Temperaturen kaum zusammen. Es verbrenne beim Erhitzen in Abwesenheit von Sauerstoff nicht vollständig, sondern werde zu einem großen Teil in Kohle verwandelt.
Auch in industriellem Maßstab einsetzbar
"Wir gehen davon aus, dass sich unsere Methode auch in industriellem Maßstab einsetzen lassen würde – auch wenn das natürlich noch getestet werden muss. Die nötigen Verfahren sind bereits etabliert", erklärt Schuhmann. Prinzipiell brauche man keine andere Technik als für das Lackieren einer Autotür. "Ein Gemisch aus Katalysator und Polymer kann auf die Elektrodenoberfläche aufgesprüht werden, und dann kommt das Produkt in den Ofen", so der Bochumer Forscher. In kleinem Maßstab testet das Team am Zentrum für Elektrochemie diese Fertigungsmethode bereits.