Projektbeschreibung
Innovation verrät korrelierte Aktivität und Eigenschaften einzelner Nanopartikel
Teilchen mit einer Größe im Bereich von einigen hundert Atomen, die sogenannten Nanopartikel, zu erforschen, ist keine leichte Aufgabe. Gilt es jedoch, Nanopartikel für Anwendungen zu entwerfen, so ist die Charakterisierung der intrinsischen Aktivität bestimmter Nanopartikel und deren Korrelation mit ihren Eigenschaften von entscheidender Bedeutung. Dazu zählt der Einsatz von Nanopartikeln auf Basis von Übergangsmetallen für die Elektrokatalyse anstelle von konventionellen Katalysatoren auf Basis rarer Metalle. Das EU-finanzierte Projekt MITICAT entwickelt ein Verfahren zur Beobachtung der Aktivität einzelner Nanopartikel, die als Katalysatoren einer trägen, aber kritischen Reaktion für die Umwandlung erneuerbarer Energien wirken. Könnten die intrinsische Aktivität und die physikalischen Eigenschaften einzelner Nanopartikel in situ gemessen werden, wären ein Entwicklungssprung in der Elektrokatalyse sowie ein beschleunigter Übergang zu erneuerbaren Energien denkbar.
Ziel
Transition metal based nanoparticles (NPs) are envisioned as viable alternatives to the scarce precious metal based catalysts used today for renewable energy conversion. Yet, probing their intrinsic activity to establish property-activity relations and so to smartly design superior catalysts, is impeded by two limitations of existing electrocatalytic techniques. First, the integral assessment of ensembles of non-identical NPs prohibits the identification of intrinsic activity differences. Second, the unknown effects of additives required analyzing the activity of often poorly conductive transition metal oxides, e.g. during the oxygen evolution reaction (OER), prohibit the access to quantitative data and comparable benchmarks. Very recently, we have proposed single NP electrochemistry to overcome both limitations. We demonstrated that the electrocatalytic OER response of individual CoFe2O4 NPs can be assessed in the absence of additives. However, we have not been able to extract property-activity relations, as NP characterization was limited to ex situ data. The groundbreaking strategy of this work is to combine intrinsic activity and physical property measurements of individual NPs. Physical characterization will comprise different online and ex situ methods to gain comprehensive property information. Numerical simulations will allow us to extract quantitative kinetic data from the electrochemical studies, allowing us to provide quantitative benchmarks of intrinsic catalyst performance. Cycling of NPs in a microfluidic platform will enable degradation studies and systematic modification “on the fly”. Moving towards application conditions, catalyst-support interactions will be studied by stepwise immobilization of catalysts on substrates. As a result of revealing intrinsic property-activity relations in electrocatalysis and of elucidating catalyst-support interactions, we will gain the understanding urgently needed to disruptively change electrocatalyst devolopment.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencesphysical sciencesclassical mechanicsfluid mechanicsmicrofluidics
- natural scienceschemical scienceselectrochemistry
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistryinorganic compounds
- natural scienceschemical sciencescatalysiselectrocatalysis
- engineering and technologynanotechnologynano-materials
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
44801 Bochum
Deutschland