idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Science Video Project
idw-Abo

idw-News App:

AppStore

Google Play Store



Instanz:
Teilen: 
13.09.2021 11:26

Für eine kostengünstigere Wasserstoff-Produktion

Maren Mielck Abteilung Öffentlichkeitsarbeit
Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

    Effiziente Wasser- und Harnstoff-Elektrolyse an bimetallischen Dotter/Schale-Nanopartikeln

    Die mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen angetriebene elektrolytische Wasserstoff-Erzeugung wird als ein umweltfreundlicher Weg zur Linderung der globalen Klima- und Energieproblematik angesehen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellt ein Forschungsteam jetzt ein neuartiges kostengünstiges Elektrodenmaterial vor, das eine hocheffiziente, energiesparende Wasserstoff-Produktion in Aussicht stellt: poröse phosphorisierte CoNi2S4-Dotter/Schale-Nanokugeln.

    Leider verlaufen beide Teilreaktion der Wasserelektrolyse – Wasserstoff- und Sauerstoff-Bildung – nur langsam und benötigen viel Strom. Katalytisch wirksame Elektroden, vor allem auf der Basis von Edelmetallen, können die elektrochemischen Prozesse beschleunigen und ihre Energieeffizienz verbessern. Einer Anwendung im großen Maßstab stehen jedoch die erheblichen Kosten, begrenzten Ressourcen und mangelnde Stabilität im Weg. Alternativen auf Basis häufig vorkommender, kostengünstiger Metalle funktionieren dagegen meist nicht zufriedenstellend für beide Teilreaktionen.

    Das Team um Shuyan Gao (Henan Normal University, China) und Xiong Wen (David) Lou (Nanyang Technological University, Singapur) hat jetzt ein neuartiges kostengünstiges multifunktionales Elektrodenmaterial auf Basis von Kobalt (Co) und Nickel (Ni) für eine effiziente elektrokatalytische Wasserstoff-Produktion entwickelt. Zur Herstellung werden Nanokügelchen aus Kobalt-Nickel-Glycerat einer kombinierten hydrothermischen Sulfidierung und einer Gasphasen-Phosphorisierung unterzogen. Dabei entstehen sogenannte Dotter/Schale-Nanopartikel aus Phosphor-dotiertem Kobalt-Nickel-Sulfid (P-CoNi2S4). Es handelt sich dabei um winzige Kügelchen mit einem kompakten Kern und einer porösen Hülle, zwischen denen sich ein Leerraum befindet – ähnlich einem Ei, dessen Dotter von Eiweiß umhüllt ist und daher die Schale nicht berührt.

    Die Phosphor-Dotierung erhöht den Anteil an Ni3+ gegenüber Ni2+ in den hohlen Partikeln und sorgt für einen schnelleren Ladungstransfer, die elektrokatalytischen Reaktionen laufen rascher ab. Das Material kann sowohl als Anode als auch als Kathode eingesetzt werden und zeigt eine hohe Aktivität und Beständigkeit bei der Wasserstoff- und Sauerstofferzeugung der Wasserelektrolyse.

    Um die Gesamtspannung der Elektrolyse-Zelle zu senken, wird außerdem nach hybriden Elektrolyse-Konzepten gesucht. So könnte die Wasserstoff-erzeugende Reaktion statt an die Sauerstoff-Erzeugung an die Oxidation von Harnstoff gekoppelt werden, die deutlich weniger Energie benötigt. Als Harnstoff-Quelle könnten Abwässer industrieller Synthesen und Sanitärabwässer dienen. Auch für diese Teilreaktion sind die neuen Nanopartikel sehr gut geeignet.

    Sowohl für die Elektrolyse von Wasser als auch von Harnstoff benötigen sie nur eine vergleichsweise geringe Zellspannung (1,544 V bzw. 1,402 V bei 10 mA cm–2 über 100 Stunden). Damit sind die neuen bimetallischen Dotter/Schale-Partikel den meisten bekannten Nickel-Sulfid- und sogar Edelmetall-basierten Elektrokatalysatoren überlegen und stellen einen interessanten Ansatz für die elektrochemische Wasserstoff-Produktion, aber auch für die Behandlung Harnstoff-haltiger Abwässer dar.

    Angewandte Chemie: Presseinfo 31/2021

    Autor/-in: Xiong-Wen (David) Lou, Nanyang Technological University (Singapore), https://personal.ntu.edu.sg/xwlou/

    Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.
    Die "Angewandte Chemie" ist eine Publikation der GDCh.


    Originalpublikation:

    https://doi.org/10.1002/ange.202108563


    Weitere Informationen:

    http://presse.angewandte.de


    Bilder

    Effiziente Wasser- und Harnstoff-Elektrolyse an bimetallischen Dotter/Schale-Nanopartikeln
    Effiziente Wasser- und Harnstoff-Elektrolyse an bimetallischen Dotter/Schale-Nanopartikeln

    (c) Wiley-VCH


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten, Studierende, Wissenschaftler
    Chemie, Werkstoffwissenschaften
    überregional
    Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
    Deutsch


     

    Effiziente Wasser- und Harnstoff-Elektrolyse an bimetallischen Dotter/Schale-Nanopartikeln


    Zum Download

    x

    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).