Im Hinblick auf die Begrenztheit von fossilen Brennstoffen und den durch CO2-Emissionen direkt beeinflussten Klimawandel, ist eine vollst\u00e4ndige Umstellung der Stromerzeugung auf erneuerbare Energien langfristig von h\u00f6chster Bedeutung. F\u00fcr die effiziente Nutzung von \u00d6kostrom sind neue, hochentwickelte Speichertechnologien erforderlich, um eine zeit- und ortsunabh\u00e4ngige Stromversorgung zu garantieren. Wasser-Spaltung ist eine leistungsf\u00e4hige M\u00f6glichkeit elektrische Energie in Form von Wasserstoff zu speichern und diesen durch Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC) als emissionsfreie Energiequelle, z.B. in der zuk\u00fcnftigen Mobilit\u00e4ts-Gestaltung, zu verwenden. Bis jetzt ist die Nutzung von PEMFCs aufgrund von hohen Kosten, basierend auf dem Platingehalt in der Elektrode f\u00fcr die Sauerstoffreduktion (Oxygen Reduction Reaction, ORR), eingeschr\u00e4nkt. Ein geringerer Edelmetallgehalt in der ORR-Elektrode bei gleichbleibender Aktivit\u00e4t ist von gro\u00dfer Wichtigkeit, um die Kosten von PEMFCs zu senken und daher die kommerzielle Nutzung f\u00fcr den Ausbau eines umweltfreundlichen Energiesystems m\u00f6glich zu machen.<\/p>\n
Nanostrukturierte Elektrokatalysatoren basierend auf pr\u00e4zisen und definierten Nanopartikeln, deren Aktivit\u00e4t auf ein besonders hohes Verh\u00e4ltnis von Oberfl\u00e4che zu Volumen mit vielen potenziellen aktiven Zentren zur\u00fcckzuf\u00fchren ist, zeigen ein gro\u00dfes Potential f\u00fcr Energieanwendungen. J\u00fcngste Erkenntnisse haben ergeben, dass die katalytische Aktivit\u00e4t von Nanopartikeln in Bezug auf Gr\u00f6\u00dfe, Form und Zusammensetzung vorhersagbar angepasst werden kann. Durch das Nanodesign von Pt-basierten Elektrokatalysatoren k\u00f6nnen erh\u00f6hte Massenaktivit\u00e4ten erreicht werden, wobei eine enge Gr\u00f6\u00dfenverteilung der Metallpartikel oft ausschlaggebend ist. Die Synthese solcher Nanopartikel im Subnanometer-Bereich stellt eine Herausforderung dar, die im Rahmen dieses Promotionsvorhabens durch ein einzigartiges Verfahren realisiert werden soll. Dieses Verfahren nutzt Metallcarbonylcluster als ma\u00dfgeschneiderte Vorl\u00e4ufer f\u00fcr Nanopartikel und metallorganische Netzwerke (Metal-Organic Frameworks, MOFs) als Template, um definierte Nanopartikel mit einer engen Gr\u00f6\u00dfenverteilung zu erhalten. Das Projekt zielt auch auf ein verbessertes grundlegendes Verst\u00e4ndnis \u00fcber die Beziehung zwischen Gr\u00f6\u00dfe-Struktur-Zusammensetzung und Aktivit\u00e4t der Elektrokatalysatoren ab. Dazu werden im ersten Schritt atompr\u00e4zise Platincarbonylcluster synthetisiert. Im zweiten Schritt werden die Carbonylcluster in einem MOF verkapselt und durch einen Decarbonylierung-Prozess aktiviert. Mit Hilfe eines s\u00e4ureinduzierten, kontrollierten Aufl\u00f6sungs-Prozesses der MOF-Matrix werden genau definierte Metallnanopartikel erhalten und deren elektrokatalytische Aktivit\u00e4t untersucht. Dabei soll der Einfluss von Cluster-Gr\u00f6\u00dfe, Beladung des MOFs, pH-Wert des Elektrolyten und Support-Material auf die Performance des Elektrokatalysators evaluiert werden. Durch die Entwicklung einer skalierbaren Variante der Pt@MOF-Synthese via<\/em> Infiltration von Metall-Pr\u00e4kursoren in die bereits vorgefertigte MOF-Matrix und anschlie\u00dfender Reduktion soll ein Upscaling realisierbar werden. Das zuvor erlangte Wissen wird anschlie\u00dfend auf dieses System angewendet, um nanodesignte, hoch-aktive Metallkatalysatoren mit einem geringen Edelmetallgehalt zu erhalten und deren kommerzielle Nutzung zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n Auf diesem Weg kann die Rentabilit\u00e4t von PEMFCs gesteigert und dadurch deren Anwendungsbereich ausgebaut werden. Dieses Projekt soll im Rahmen der globalen Nachhaltigkeitsziele zur Etablierung eines umweltfreundlichen, effizienten Energie- und Mobilit\u00e4tssystems beitragen und thematisiert damit eine der aktuellsten Herausforderungen in unserer modernen Gesellschaft.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Im Hinblick auf die Begrenztheit von fossilen Brennstoffen und den durch CO2-Emissionen direkt beeinflussten Klimawandel, ist eine vollst\u00e4ndige Umstellung der Stromerzeugung auf erneuerbare Energien langfristig von h\u00f6chster Bedeutung. F\u00fcr die effiziente Nutzung von \u00d6kostrom sind neue, hochentwickelte Speichertechnologien erforderlich, um eine zeit- und ortsunabh\u00e4ngige Stromversorgung zu garantieren. 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