Möglicher Ersatz für Platin

Neuer Katalysator für Brennstoffzelle

Brennstoffzellen gelten als ein wichtiger Baustein der Energiewende, da sie elektrische Energie liefern, ohne zunächst aus fossilen Brennstoffen Hitze und Dampf erzeugen zu müssen. Vielmehr erzeugen sie die Energie direkt aus einer Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser. Deshalb können sie effizienter Energie erzeugen als Kohle- oder Gaskraftwerke. Heutige Brennstoffzellen brauchen allerdings für diese Reaktion teures Platin als Katalysator, was ihre breite Anwendung einschränkt. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung in Stuttgart hat sich von der Natur inspirieren lassen und einen alternativen Katalysator entwickelt. Er besteht aus organischen Molekülen sowie Eisen bzw. Mangan auf einer Metallunterlage. Diese Materialien sind günstiger und leichter verfügbar als Platin.
[note Die Aufnahme des Raster-Tunnelmikroskops zeigt, wie sich Eisen-Atome und organische Moleküle regelmäßig auf einer Gold-Unterlage anordnen. © Grumelli et al., Nat. Comm. 2013]

Menschen und Tiere gewinnen Energie aus der gleichen Reaktion wie Brennstoffzellen: Sie atmen Sauerstoff ein und verbinden ihn in ihren Zellen mit Wasserstoff zu Wasser. Bei dieser chemischen Umwandlung wird Energie frei, die der Organismus zum Leben nutzt. Der Gedanke, in der Natur nach einem Weg für den Ersatz des teuren Katalysators Platin zu suchen, liegt also nahe. Das Edelmetall treibt eine bestimmte Teilreaktion bei der Energieumwandlung in einer Brennstoffzelle an: die so genannte Reduktion von Sauerstoff. Dabei nimmt der Sauerstoff zwei oder vier Elektronen auf, je nachdem, ob er mit dem Wasserstoff direkt oder über die Zwischenstufe Wasserstoffperoxid zu Wasser reagiert.
Folgt: Eisen- und Manganatome zusammen mit organischen Molekülen auf Goldunterlage aufgedampft