Eine Untersuchung von Größenselektierten Subnanometerkatalysatoren für Brennstoffzellen

• Antragsteller: Dr. Sebastian Proch
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 183236109

Einer der Hauptfaktoren, der die kommerzielle Einführung der Brennstoffzellentechnologie verhindert ist der hohe Edelmetallgehalt in den einzelnen Zellen. Neue Resultate an größenselektierten Platinkatalysatoren (Pt12, Pt28 und Pt60), hergestellt durch templatgesteuerte Synthese (Dendrimer) zeigen eine 12 mal höhere Massenaktivität als kommerzielle Pt/C-Katalysatoren. Die chemische Synthese von größenselektierten Platinclustern erlaubt jedoch nicht die Herstellung jeder beliebigen Clustergröße. Außerdem kann das Dendrimertemplat nicht entfernt werden, was zu einer niedrigeren katalytischen Aktivität führen könnte. Hier wird deswegen eine Untersuchung von größenselektierten subnanometer Platinkatalysatoren von Pt1 bis Pt20 vorgeschlagen. Die massenselektierten „nackten“ Cluster sollen aus der Gasphase auf Glaskohlenstoffelektroden mit Hilfe der Methoden der Clusterwissenschaften abgeschieden werden. Dann sollen ihre Sauerstoffreduktionsaktivitäten durch in-situ-Messungen (komplett unter Ultrahochvakuumbedingungen) und ex-situ durch Rotierende-Ring-Scheibe-Elektroden-Messungen bestimmt werden. Eine komplette Untersuchung der Größenabhängigkeit der Sauerstoffreduktionsaktivität von größenselektierten (monodispersen) subnanometer Platinclustern soll durchgeführt werden um den aktivsten Katalysator für Brennstoffzellenanwendungen zu finden. Zusätzlich zur einfachen Aktivitätsbestimmung werden die besten Katalysatoren einer Langzeitstudie unterzogen um ihre Stabilität unter annähernd realen Bedingungen zu studieren. Die Untersuchung der Cluster und der Elektrodenoberfläche durch eine Kombination aus XPS (X-ray photoemission spectroscopy), ISS (low energy ion scattering spectroscopy) und TPD (temperature programmed desorption) vor und nach der Anwendung in der Katalyse könnte wichtige Informationen über Katalysatordeaktivierungs- und Oberflächenverlustmechanismen auf der Mikrometer- und Nanometerskala liefern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Scott L. Anderson