Amsterdam (pte002/06.07.2020/06:05) – Leicht herstellbare, an grüne Pflanzen erinnernde Nanostrukturen aus Kobaltphosphid sind hochwirksame Katalysatoren für die Elektrolyse von Wasser. Das haben Forscher am Van ‚t Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) http://hims.uva.nl der Universität Amsterdam und der Wuhan University http://en.whu.edu.cn gezeigt. Der „Nano-Garten“ aus gras-, blatt- und blütenartigen Strukturen wächst auch tatsächlich fast wie Pflanzen und könnte einen wertvollen Beitrag zu einer grüneren Energie-Zukunft leisten.

Nanostrukturen wachsen lassen

Derzeit gängige Methoden zur Herstellung von Nanostrukturen sind oft relativ aufwendig oder erfordern teure Zusätze. Das Team um den Amsterdamer Chemieprofessor Ning Yan hat es daher mit einem vergleichsweise einfachen Ansatz versucht, gezielt Nanostrukturen herzustellen. Die Forscher züchteten ihre Nano-Gärten dabei auf einem in Brennstoffzellen und Elektrolyseur gängigen Elektrodenmaterial, einem Stoff aus Kohlefasern mit etwa zehn Mikrometern Durchmesser.

Zunächst beschichteten sie die Fasern dabei hydrothermal mit Kobalthydroxid, quasi als „Erde“ für den Garten. Durch Variation der Ionenkonzentration und der Temperatur brachten sie grasartige Strukturen zum „Keimen“, die etwa 1,5 Millimeter lang und 100 Nanometer dick sind. Per Elektroabscheidung haben die Forscher dann entweder mit einer dünnen Lösung „Blüten“ an der Spitze dieser Halme erzeugt oder mit einer konzentrierteren Lösung zusätzliches Material an deren Fuß angelagert, sodass „Blätter“ entstehen. Per Phosphidierung wurden die Kolbalthydroxid-Strukturen dann eben in Kobaltphosphid umgewandelt.

Effektiver Garten

Das Team untersuchte dann, wie gut sich der Nano-Garten für die Wasserstoffgewinnung eignet. Dabei zeigte sich, dass dieser Edelmetallkatalysatoren aussticht und speziell in saurer Umgebung auch zu den besten edelmetallfreien Katalysatoren zählt. Die Nano-„Blumen“ erwiesen sich zudem als deutlich besser als die Nano-„Blätter“. Die pflanzenartigen Strukturen sind zudem bifunktional, katalysieren also bei der Wasserspaltung neben der Wasserstoffentwicklung auch die Sauerstoffentwicklung.