Die vorliegende Erfindung betrifft einen Single-Atom-Katalysator für die Wasserspaltung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines stabilen, hochgeordneten, nicht-kohlenstoffbasierten Single-Atom-Systems mit verbesserter Aktivität und Haltbarkeit.
• Alkalische Wasserelektrolyse (OER und HER) • Elektrolyseure mit hoher Stromdichte • Elektrodenbeschichtung für industrielle Elektrolysezellen • Ersatz oder Reduktion edelmetallbasierter Katalysatoren • Kombinierte OER/HER-Systeme mit WCₓ-basierten Elektroden
Die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) gilt als kinetisch limitierender Schritt der Wasserspaltung, da sie mehrere Elektronen- und Bindungsbruchprozesse umfasst und hohe Überspannungen erfordert.
Single-Atom-Katalysatoren bieten maximale atomare Nutzung und potenziell höchste Aktivität. Bisherige Systeme basieren überwiegend auf kohlenstoffhaltigen Trägern, deren elektronische Struktur durch Heteroatome beeinflusst wird und die unter OER-Bedingungen oxidativ instabil sind.
Der neue Katalysator basiert auf einem Übergangsmetallcarbid (z.B. WCₓ) als Trägermaterial. Insbesondere Wolframcarbid besitzt metallische Oberflächen-eigenschaften und eignet sich daher zur Stabilisierung katalytisch aktiver Einzelatome sowohl für die OER als auch für die Wasserstoffentwicklungs-reaktion (HER). Im Gegensatz zu kohlenstoffbasierten Single-Atom-Systemen sind die Metallzentren nicht in eine amorphe Kohlen-stoffmatrix eingebettet, son-dern hochgeordnet auf einer kristallinen WCₓ-Oberfläche angeordnet. Die Herstellung erfolgt über ein Metall–Dopamin–Tungstat-Präzipi-tat mit Kalzinierung bei 700–1100 °C.
| Parameter | Wert | Benchmark |
| OER η @10 mA cm⁻² | 201 mV (WCₓ-FeNi) | geringer als WCₓ-Ni |
| TOF @300 mV | 2,18 s⁻¹ | höher als monometallische Systeme |
| HER η @10 mA cm⁻² | 10–22 mV (WCₓ-Ru₂) | >50× Massenaktivität vs. Pt/C |
Ina Krüger
Technologietransfermanagerin
+49 (0)30 314-75916
ina.krueger@tu-berlin.de
Versuchsaufbau in Einsatzumgebung
in Anmeldung: EP, US
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