Met behulp van energie uit zonnepanelen en windturbines, water kan door elektrolyse worden gesplitst in de bestanddelen waterstof en zuurstof zonder gevaarlijke emissies te veroorzaken. Aangezien de beschikbaarheid van energie uit hernieuwbare bronnen varieert bij de productie van groen, d.w.z. CO ₂ -neutrale, waterstof, het is erg belangrijk om het gedrag van de katalysatoren onder hoge belasting en dynamische omstandigheden te kennen.

"Bij hoge stromen sterke zuurstofbelontwikkeling kan worden waargenomen op de anode, wat de meting verergert. Het heeft het tot nu toe onmogelijk gemaakt om een ​​betrouwbaar meetsignaal te verkrijgen, " zegt de eerste auteur van de studie, Dr. Steffen Czioska van KIT's Instituut voor Chemische Technologie en Polymeerchemie (ITCP). Door verschillende technieken te combineren, de onderzoekers zijn er nu in geslaagd om het oppervlak van de iridiumoxidekatalysator onder dynamische bedrijfsomstandigheden fundamenteel te onderzoeken. "Voor de eerste keer, we hebben het gedrag van de katalysator op atomair niveau bestudeerd ondanks sterke bellenevolutie, ", zegt Czioska. De American Chemical Society (ACS) acht het belang van de publicatie van KIT voor de internationale gemeenschap hoog en beveelt het aan als de ACS Editor's Choice.

Röntgenabsorptiespectroscopie met synchrotronlicht

Voor katalyse, onderzoekers van KIT's ITCP, het Instituut voor Katalyse Onderzoek en Technologie, en de Electrochemical Technologies Group van het Institute for Applied Materials combineerden röntgenabsorptiespectroscopie voor het zeer nauwkeurige onderzoek van modificaties op atomair niveau met andere analysemethoden.

"We hebben tijdens de reactie regelmatige processen op het katalysatoroppervlak waargenomen, omdat alle onregelmatigheden eruit werden gefilterd - vergelijkbaar met opnamen met lage snelheid op een weg 's nachts - en we ook dynamische processen hebben nagestreefd, " zegt Czioska. "Onze studie onthult zeer onverwachte structurele wijzigingen die verband houden met een stabilisatie van de katalysator bij hoge spanningen onder dynamische belasting, " voegt de chemicus toe. Het oplossen van iridiumoxide wordt verminderd, het materiaal blijft stabiel.

Bevindingen zullen bijdragen aan betere en efficiëntere katalysatoren

Inzicht in de processen op het katalysatoroppervlak maakt de weg vrij voor verder onderzoek van katalysatoren met een hoog elektrisch potentieel en zal bijdragen aan de ontwikkeling van verbeterde en efficiëntere katalysatoren die voldoen aan de behoeften van de energietransitie, Czioska wijst erop. De studie maakt deel uit van het prioriteitsprogramma "Dynakat" dat wordt gefinancierd door de Duitse Onderzoeksstichting. Deze samenwerking van meer dan 30 onderzoeksgroepen uit heel Duitsland wordt gecoördineerd door professor Jan-Dierk Grunwaldt van ITCP.

Groene waterstof wordt beschouwd als een milieuvriendelijk materiaal voor chemische energieopslag en, Vandaar, een belangrijk element bij het koolstofvrij maken van b.v. staal- en chemische industrie. Volgens de nationale waterstofstrategie die de federale regering in 2020 heeft aangenomen, betrouwbaar, betaalbaar, en duurzame productie van waterstof zal de basis vormen voor het toekomstige gebruik ervan.