Elektronenmikroskopisches Bild von zwei winzigen Partikeln
© T. Quast, RUB

Roboterarm hilft bei Analyse

Katalytische Aktivität einzelner Partikel

Winzig kleine Nanopartikel einzeln zu analysieren, ist eine Herausforderung. Ein Team der UDE und der Ruhr-Universität Bochum hat eine neue Technik entwickelt, die das Verfahren erheblich erleichtern könnte.* Die Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ berichtet.

Edelmetallfreie Nanopartikel könnten künftig als leistungsfähige Katalysatoren dienen, zum Beispiel für die Wasserstoffherstellung. Um sie zu optimieren, müssen Forscher die Eigenschaften einzelner Partikel analysieren können. Ein neues Verfahren dafür hat ein Team vom Zentrum für Elektrochemie der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und vom UDE-Institut für Anorganische Chemie vorgestellt. Die Gruppe entwickelte eine Methode, bei der mit einem Roboterarm einzelne Partikel unter einem Elektronenmikroskop ausgewählt und zur elektrochemischen Analyse auf eine Nanoelektrode aufgebracht werden.

Den optimalen Katalysator finden

Für die Untersuchungen nutzten die Wissenschaftler sechseckige Partikel aus Kobaltoxid von 180 bis 300 Nanometern Größe, die das UDE-Team um Prof. Dr. Stephan Schulz und Sascha Saddeler hergestellt hat. Da ihre katalytische Aktivität oft von ihrer Größe oder Form abhängt, ist es wichtig, die Eigenschaften einzelner Partikel zu verstehen, um optimale Katalysatoren zu finden.

Das Bochumer Team analysierte ausgewählte Kobaltoxid-Partikel zunächst mikroskopisch, dann elektrochemisch. Dazu wird ein per Roboter selektiertes Partikel direkt auf der Elektrode aktiviert; dann messen die Forscher mit elektrochemischen Methoden seine katalytische Aktivität.

Auf diese Weise analysierten die Chemiker mehrere einzelne Partikel. „Sie zeigten bemerkenswert hohe Aktivitäten bei der Sauerstoffentwicklungsreaktion, und die gemessenen Stromdichten überstiegen handelsübliche alkalische Elektrolyseure um mehr als das 20-Fache“, sagt Schulz.

 

* Die Arbeiten wurden gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft innerhalb des Sonderforschungsbereichs/Transregios „Heterogene Oxidationskatalyse in der Flüssigphase“ (TRR 247) sowie des Exzellenzclusters Ruhr Explores Solvation, kurz Resolv (EXC 2033-390677874), vom Europäischen Forschungsrat im Horizon-2020-Forschungs- und Innovationsprogramm (CasCat, 833408) sowie von der Alexander-von-Humboldt-Stiftung und vom Fonds der chemischen Industrie.

Zur ausführlichen Pressemeldung der RUB.

Im Bild: Zwei Kobaltoxidpartikel auf einer Kohlenstoff-Nanoelektrode.

Originalveröffentlichung:
T. Quast, H.B. Aiyappa, S. Saddeler, P. Wilde, Y-T. Chen, S. Schulz, W. Schuhmann
“Single entity electrocatalysis of individual ‘picked‐and‐dropped’ Co3O4 nanoparticles on the tip of a carbon nanoelectrode”
Angewandte Chemie International Edition, 2020
DOI: 10.1002/anie.202014384, deutsch: 10.1002/ange.202014384
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202014384

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Stephan Schulz, Anorganische Chemie (UDE), 0201/18 3-4635, stephan.schulz@uni-due.de
Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Analytische Chemie (RUB), 0234/32-26200, wolfgang.schuhmann@rub.de

Redaktion: Dr. Julia Weiler, RUB, 0234/32 25228, julia.weiler@uv.rub.de

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