Platin-Nanopartikel mit 40 Atomen, TUM

Platin-Nanopartikel mit 40 Atomen. Theoretischen Berechnungen zufolge sollten Nanopartikel dieser Groesse die optimale Katalysatorwirkung entfalten. Bild: Batyr Garlyyev/TUM

Wasserstoff reagiert in Brennstoffzellen mit Sauerstoff zu Wasser. Um diesen Prozess optimal zu gestalten, braucht es raffinierte Katalysatoren auf den Elektroden. Platin spielt dabei für die Sauerstoff-Reduktions-Reaktion eine zentrale Rolle. Wie die TU München mitteilt, ist es einem Forschungsteam nun gelungen, die Größe der Platin-Partikel so zu optimieren, dass sie doppelt so leistungsfähig sein können, wie die besten derzeit kommerziell verfügbaren Verfahren. Um die ideale Lösung zu finden, modellierte das Team das Gesamtsystem am Computer und stellte die Frage: Wie klein kann ein Häuflein Platin-Atome werden, um noch katalytisch hochaktiv sein zu können? „Es zeigte sich, dass es bestimmte optimale Platin-Haufengrößen geben könnte“, so Roland Fischer, Professor für Anorganische und Metallorganische Chemie an der TU München. Laut den Wissenschaftlern sind etwa einen Nanometer große Partikel ideal, die rund 40 Platin-Atome enthalten. „Platinkatalysatoren dieser Größe haben ein kleines Volumen, aber eine große Zahl an stark aktiven Stellen, was zu einer hohen Massenaktivität führt“, sagt Aliaksandr Bandarenka, Professor für Physik der Energiewandlung und -speicherung.

Das Experiment habe die theoretischen Vorhersagen exakt bestätigt, heißt es in einer Mitteilung der TUM. Der Katalysator sei doppelt so gut wie der beste handelsübliche Katalysator, heißt es weiter. Noch reiche das nicht für kommerzielle Anwendungen aus, hier sei eine Reduzierung der Platinmenge von jetzt 50 auf bis zu 80 Prozent notwendig, hört man von den Wissenschaftlern. Neben sphärischen Nanopartikeln erhoffen sich die Forschenden von weitaus komplexeren Formen eine höhere katalytische Aktivität. Genau für solche Modellierungen seien die jetzt etablierten Rechenmodelle ideal. „Allerdings erfordern komplexere Formen noch komplexere Synthesemethoden“, sagt Bandarenka. Gemeinsame rechnerische und experimentelle Studien würden dabei in Zukunft immer wichtiger werden.