De transitie van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energiebronnen is sterk afhankelijk van de beschikbaarheid van effectieve systemen voor energieconversie en -opslag. Gezien waterstof als een dragermolecuul, elektrolyse van protonenuitwisselingsmembraan biedt tal van voordelen, zoals werking bij hoge stroomdichtheden, lage gasovergang, compact systeemontwerp enz. Echter, de brede implementatie ervan wordt belemmerd door langzame kinetiek van zuurstofevolutiereactie (OER), verbetering hiervan vereist de toepassing van laag-overvloedige en dure op Ir gebaseerde elektrokatalysatoren.

Op zoek naar een rationeel ontwerp van nieuwe soorten OER-elektrokatalysatoren en het beantwoorden van fundamentele vragen over de belangrijkste reacties bij energieconversie, het interinstitutionele MPG-consortium MAXNET Energy integreerde wetenschappers van verschillende instellingen in Duitsland en daarbuiten. Door een nauwe en vruchtbare samenwerking in dit kader, de wetenschappers van de afdeling Chemical Metal Science van MPI CPfS samen met experts van het Fritz Haber Institute in Berlijn en MPI CEC in Muelheim an der Ruhr, ontwikkelde een nieuw concept voor het produceren van multifunctionaliteit in elektrokatalyse en illustreerde dit met succes met een voorbeeld van een intermetallische verbinding Al ₂ Pt als voorloper voor OER elektrokatalysatormateriaal.

De intermetallische verbinding Al ₂ Pt (anti-CaF ₂ type kristalstructuur) combineert twee kenmerken die belangrijk zijn voor elektrokatalytische prestaties:(i) verminderde toestandsdichtheid op het Fermi-niveau van Pt, en (ii) uitgesproken ladingsoverdracht van aluminium naar platina, wat leidt tot sterk polaire chemische binding in deze verbinding. Deze kenmerken zorgen voor inherente OER-activiteit en toenemende stabiliteit tegen volledige oxidatie onder zware oxidatieve omstandigheden van OER. Op OER-voorwaarden, Al ₂ Pt ondergaat een herstructurering in het nabije oppervlaktegebied als gevolg van het zelfgecontroleerde oplossen van aluminium. De ruwheid en porositeit van de in situ gevormde microstructuur nabij het oppervlak maken het mogelijk om het specifieke activiteitsverlies te compenseren. Zelfs na uitzonderlijk lang stabiliteitsexperiment (19 dagen) bij hoge stroomdichtheden (90 mA cm ^-2 ) het stortgoed behoudt zijn structurele en compositorische integriteit. Uitbreiding van de keuze aan synthesetechnieken, bijv. dunne films groei, en het verkennen van de verscheidenheid aan intermetallische verbindingen trekken de belangrijkste richtlijnen voor de toekomstige ontwikkeling van de voorgestelde strategie.

Het onderzoek aan het Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids (MPI CPfS) in Dresden heeft tot doel nieuwe materialen met ongebruikelijke eigenschappen te ontdekken en te begrijpen.

In nauwe samenwerking, scheikundigen en natuurkundigen (inclusief scheikundigen die werken aan synthese, experimentatoren en theoretici) gebruiken de modernste instrumenten en methoden om te onderzoeken hoe de chemische samenstelling en rangschikking van atomen, evenals externe krachten, invloed op de magnetische, elektronische en chemische eigenschappen van de verbindingen.

Nieuwe kwantummaterialen, fysische fenomenen en materialen voor energieconversie zijn het resultaat van deze interdisciplinaire samenwerking.