Använder energi från solcellsmoduler och vindkraftverk, vatten kan delas upp genom elektrolys till dess beståndsdelar väte och syre utan att ge några farliga utsläpp. Eftersom tillgången på energi från förnybara källor varierar när man producerar grönt, dvs CO ₂ -neutral, väte, det är mycket viktigt att känna till katalysatorernas beteende under hög belastning och dynamiska förhållanden.

"Vid höga strömmar, stark syrebubblautveckling kan observeras på anoden, vilket försvårar mätningen. Det har hittills gjort det omöjligt att få en tillförlitlig mätsignal, " säger den första författaren till studien, Dr. Steffen Czioska från KIT:s Institute for Chemical Technology and Polymer Chemistry (ITCP). Genom att kombinera olika tekniker, forskarna har nu lyckats i grunden undersöka ytan på iridiumoxidkatalysatorn under dynamiska driftsförhållanden. "För första gången, vi har studerat katalysatorns beteende på atomnivå trots stark bubbelutveckling, " säger Czioska. American Chemical Society (ACS) anser att KIT:s publicering är viktig för det internationella samfundet och rekommenderar den som ACS Editor's Choice.

Röntgenabsorptionsspektroskopi med synkrotronljus

För katalys, forskare från KIT:s ITCP, Institute of Catalysis Research and Technology, och Electrochemical Technologies Group vid Institutet för tillämpade material kombinerade röntgenabsorptionsspektroskopi för den mycket exakta undersökningen av modifieringar på atomnivå med andra analysmetoder.

"Vi har observerat regelbundna processer på katalysatorytan under reaktionen, eftersom alla oegentligheter filtrerades bort – liknande skytte i långsam hastighet på en väg på natten – och vi har också bedrivit dynamiska processer, " Czioska säger. "Vår studie avslöjar mycket oväntade strukturella modifieringar kopplade till en stabilisering av katalysatorn vid höga spänningar under dynamisk belastning, " tillägger kemisten. Iridiumoxidupplösningen reduceras, materialet förblir stabilt.

Resultaten kommer att bidra till bättre och effektivare katalysatorer

Förståelse för processerna på katalysatorytan banar väg för ytterligare undersökning av katalysatorer med höga elektriska potentialer och kommer att bidra till utvecklingen av förbättrade och mer effektiva katalysatorer som möter behoven av energiomställningen, påpekar Czioska. Studien är en del av det prioriterade programmet "Dynakat" som finansieras av den tyska forskningsstiftelsen. Detta samarbete mellan mer än 30 forskargrupper från hela Tyskland koordineras av professor Jan-Dierk Grunwaldt från ITCP.

Grönt väte anses vara ett miljövänligt kemiskt energilagringsmaterial och, därav, ett viktigt inslag i avkarboniseringen av t.ex. stål- och kemisk industri. Enligt den nationella vätestrategin som antogs av den federala regeringen 2020, pålitlig, prisvärd, och hållbar produktion av väte kommer att ligga till grund för dess framtida användning.