电催化有效的氢气生产

一组科学家通过使用高分辨率显微镜方法发现，电催化剂表面上的第一个原子层具有决定催化剂效率的化学变化。通过优化表面，可以加速水的电解。

电催化是电力行业将电能直接转化为化学能的不可或缺的过程。这一点变得越来越重要，因为可再生能源产生的电能数量只能在日常消费波动的有限范围内进行调整。例如，储存过量电力供以后使用的一种方式是将其用于制氢。

氢是通过电化学分离水成为其组分氢和氧而产生的。为了加速这种分离，使用电催化剂。催化剂越好，所谓的水电解效率越高，速度越快。

从马克斯普朗克研究所的研究铁(MPIE)，埃尔兰根 - 纽伦堡的亥姆霍兹研究所可再生能源(HI-ERN)，弗里德里希 - 亚历山大大学埃尔兰根 - 纽伦堡(FAU)和(波鸿鲁尔大学的科学家卢布的知识)是朝着可持续的氢经济迈出的重要一步。

表面组成的调查

要开发更高效的电催化剂进行能量转换，需要深入了解操作过程中表面组成和电化学行为之间的关系。在目前的科学状态下，氧气析出反应(OER)，即将水分解成其中一种成分氧气，是水电解的决定性步骤。这在很大程度上是由于该反应过程中催化剂表面组成的变化。

元素铱被称为具有高活性和长期稳定性的电催化剂。通过使用光电子能谱和电化学流通池，科学家们已经对电子性质以及形成的表面氧化物的活性和稳定性进行了测量。

表面结构的三维图像

在原子探针的帮助下，科学家们研究了这种催化剂。考虑了操作中最有趣的早期阶段，其中观察到活性增加，以及观察到电解过程中氢含量降低的后期阶段。由于原子探针的空间分辨率，负责的表面结构可以三维描绘，根据化学元素解析。

博士 MPIE的原子探针断层扫描组组长Baptiste Gault表示，这些研究表明，氧化物团簇越来越多地在某些微观结构如晶界上形成。长时间电解水后，氧化物簇中的水分子和羟基集中并保留在表面上。研究人员通过用同位素标记检测到这一点。恰恰是这些氧化物簇在电解过程中负责降低催化剂的效率。

材料科学家和化学家团队得出结论：OER过程中铱的活性和稳定性强烈依赖于纳米尺度的表面组成变化。根据Dr. med。med。教授的方法，HI-ERN总监兼FAU电催化教授Karl JJ Mayrhofer是开发用于能量转换和存储的材料系统和电化学反应器的重要基础。

在已发表的工作中，科学家们还展示了电化学测量和原子探针断层扫描的结合是如何提高对电催化中表面结构，状态和功能之间关系的理解。这是使水电解成为可持续储能技术的先决条件。