Britische Wissenschaftler ordnen Atome neu an und erschließen neuen grünen Wasserstoff-Katalysator

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Der Trennprozess tritt auf, wenn Atome in Mikroskopie-Experimenten mit einem Strahl hochenergetischer Elektronen wechselwirken.

Die Elektronenstrahlen übertragen Energie auf die Atome und bewirken, dass sie sich bewegen und neue Positionen innerhalb des Partikels einnehmen. „Es ist wichtig, Bedingungen zu schaffen, unter denen wir die Positionen jedes einzelnen Atoms verfolgen können", betonte Ute Kaiser, Professorin an der Universität Ulm.

Um dies zu erreichen, setzten die Forscher das möglichste dünne Material zur Unterstützung der Nanopartikel ein, nämlich Graphen, und steuerten die Energie und den Fluss des Elektronenstrahls sorgfältig.

Technik, Energie und Einsatz

Als sich das Nickel vom Platin löste, reagierte es mit dem umgebenden Sauerstoff und bildete Nickeloxid (NiO). „Dies führt zu Nanopartikeln, die aus zwei Hälften bestehen – metallischem Platin und Nickeloxid, getrennt durch eine atomar definierte Grenzfläche", fügte Andrei Khlobystov, Professor für Nanomaterialien an der Universität Nottingham, hinzu.

Nach Angaben der Forscher ist diese Grenzfläche der Schlüssel für die außergewöhnliche katalytische Leistung des Materials. Sie stellten fest, dass ein ähnlicher Trennprozess natürlich während der elektrochemischen Wasserspaltung auftritt.

Platin und Nickeloxid tragen jeweils unterschiedliche Funktionen zur Reaktion bei, und ihr enger atomarer Kontakt ermöglicht eine effizientere Zusammenarbeit.

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Gleichzeitig liefert der resultierende Katalysator Wasserstoffproduktionsraten, die ihn zu einem der effektivsten bisher berichteten Materialien für die elektrochemische Wasserspaltung machen. „Dies eröffnet eine neue Strategie für die Entwicklung adaptiver Katalysatoren für eine breite Palette ", sagte Fernandes in einer Pressemitteilung.

Der Prozess ist zudem reversibel: Durch nderung der experimentellen Bedingungen knnen die getrennten Materialien zu einer Legierung rekombinieren und sich daraufhin erneut aufspalten. Dies veranlasste das Team, die Partikel mit lebenden Systemen zu vergleichen. „Dies inspirierte uns, ihre Dynamik für die Katalyse zu nutzen", fasste Kohlrausch zusammen.

Neben der Wasserstoffproduktion könnte die neue Entdeckung auch das Design könnten die effiziente Energieumwandlung, die chemische Fertigung und nachhaltige industrielle Anwendungen vorantreiben. Die Studie wurde in der Zeitschrift Advanced Materials veröffentlicht.