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 |
• 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
Schematische Darstellung des WCx-FeNi-Katalysators, carbonumhüllt. (© TUB)
