Forscher haben den schichtweisen Aufbau eines Katalysatormaterials untersucht (hier als einzelne Lagen (links) und in der vollen Kristallstruktur (rechts) dargestellt).
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Forscher aus Jülich, Aachen, Stanford und Berkeley haben den schichtweisen Aufbau eines Katalysatormaterials untersucht und herausgefunden, dass eine atomar dünne Oberflächenschicht die Aktivität für die Wasserspaltungsreaktion verdoppeln kann. Damit verdoppelt die ultradünne Schicht auch die Menge des produzierten Wasserstoffs, ohne dass die Kosten steigen.
"Uns ist es gelungen, durch Untersuchung eines modellhaften Materials ein detaillierteres Verständnis davon zu gewinnen, wie sich die Eigenschaften einer katalytisch wirkenden Elektrode aus ihrem Aufbau ergeben", sagt Christoph Bäumer, Erstautor der Studie. Gefördert mit einem "Global Fellowship" der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen hat er die Forschung sowohl in Jülich und Aachen als auch in den USA vorangetrieben. Der Materialwissenschaftler weiter: "Von diesem erweiterten Verständnis erhoffen wir uns, dass in Zukunft bessere Katalysatoren entwickelt werden können, die grünen Wasserstoff energieeffizienter und damit kostengünstiger herstellen als bisher."
Wann ist Wasserstoff grün?
Als grün wird das farblose Wasserstoff-Gas dann bezeichnet, wenn es durch die Elektrolyse von Wasser klimaneutral mit Strom aus erneuerbaren Quellen gewonnen wird. Wasserstoff gilt als wesentlicher Baustein der Energiewende, unter anderem, weil er Wind- und Sonnenenergie in Zeiten des Überangebots speichern und später wieder freisetzen kann. Die elektrolytische Wasserstoffproduktion an der negativ geladenen Elektrode (Kathode) kann allerdings nicht ohne eine Sauerstoffentwicklung an der positiv geladenen Elektrode (Anode) stattfinden. Katalysatoren, die diese Sauerstoffentwicklung begünstigen, machen somit auch den Gesamtprozess energieeffizienter. Der hohe Energiebedarf ist bisher eine der Haupthürden für die breite Nutzung von Wasserstoff.