NSF-DFG Echem: Oberflächenstabilität und Sauerstoff-Defektchemie von Pyrochlor und verwandten Hochleistungs-Elektrokatalysatoren für die Sauerstoffentwicklung

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Klein
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460551908

Die Arbeitshypothese des Projekts ist, dass die Aktivität und Stabilität von Edelmetall-freien Elektrokatalysatoren mit deren Fermi-Energie an der Oberfläche verknüpft ist. Um diese Annahme zu prüfen, wird im Projekt die Fermi-Energie an der Oberfläche von Pyrochlor-Elektrokatalysatoren für die Sauerstoffenentwicklung, wie z.B. Y2Ru2O7 und RE2Ru2O7 (RE = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu) mittels Röntgen-Photoelektronenspektroskopie und in situ Behandlung der Proben untersucht. Aus der Ausbildung von Grenzflächen mit Oxiden hoher bzw. niedriger Austrittsarbeit, wie z.B. RuO2 und Sn-dotiertes In2O3, sowie nach Behandlungen in oxidierenden und reduzierenden Bedingungen werden die Bandanpassungen und die Grenzen der Fermi-Energie bestimmt und miteinander verglichen. Die Grenzen der Fermi-Energie beruhen auf dem Valenzwechsel der Ru Ionen und bestimmen die thermodynamische Stabilität der Materialien im Kontakt mit dem Elektrolyten. Eine Verbesserung der Aktivität und Stabilität wird über eine Begrenzung der Fermi-Energie angestrebt, die durch geeignete Dotierung erreicht werden soll. Das Projekt ist Teil eines NSF-DFG Gemeinschaftsprojekts unter der Führung der Universität von Illinois Urbana-Champaign, an der Prof. Hong Yang für die Herstellung und elektrokataytische Charakterisierung der Proben und Prof. Nicola H. Perry für Analyse der Defektchemie verantwortlich sind. Die Ergebnisse der XPS Untersuchungen werden mit den Defekteigenschaften verglichen und für die Entwicklung neuer Zusammensetzungen und Dotierungen von Pyrochlor-Elektrokatalysatoren verwendet. Dadurch trägt das Projekt zur Verbesserung der Technologie der elektrochemischen Wasserspaltung für die Polymer-Elektrolyt basierte Elektrolyse bei.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Nicola Helen Perry; Professor Hong Yang