Design von komplexen Mischkristall‐Elektrokatalysatoren auf Basis der Korrelation von Konfiguration, Verteilungsmustern der Adsorptionsenergie und Aktivitätskurven

• Published in: Angewandte Chemie Vol. 132; no. 14; pp. 5893 - 5900
• Main Authors: Löffler, Tobias, Savan, Alan, Meyer, Hajo, Meischein, Michael, Strotkötter, Valerie, Ludwig, Alfred, Schuhmann, Wolfgang
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: 27.03.2020
• Subjects: Elektrokatalyse; Hochentropielegierung; Intrinsische Aktivität; Katalysator-Screening; Sauerstoffreduktionsreaktion
• ISSN: 0044-8249; 1521-3757
• DOI: 10.1002/ange.201914666

Komplexe Mischkristallelektrokatalysatoren (häufig auch als Hochentropielegierungen bezeichnet) gewinnen aufgrund ihrer vielversprechenden Eigenschaften zunehmend an Interesse. Mit der Fähigkeit, komplexe einphasige Mischkristalle aus fünf oder mehr Komponenten zu bilden, bieten sie einzigartige Möglichkeiten zur Feinabstimmung der Adsorptionsenergie. Allerdings ist die elementare Komplexität innerhalb der Kristallstruktur und ihr Einfluss auf die elektrokatalytischen Eigenschaften bisher kaum verstanden. Wir diskutieren, wie das Hinzufügen oder der Austausch von Elementen das Verteilungsmuster der Adsorptionsenergie beeinflusst und wie dies die Form und Aktivität der katalytischen Reaktionskurven beeinflusst. Die Auswirkungen dieser konzeptionellen Erkenntnisse auf ein verbessertes Screening neuer Katalysatorkonfigurationen wird anhand der Entdeckung und experimentellen Bewertung mehrerer hochaktiver komplexer Mischkristallelektrokatalysatoren für die Sauerstoffreduktion in alkalischen Medien diskutiert. Die Auswirkung von wechselnden Elementen in Mischkristall‐Elektrokatalysatoren (Hochentropielegierungen) auf die Adsorptionsenergien und die korrespondierenden Aktivitätskurven wird diskutiert. Dieses Konzept wird mittels ORR in alkalischen Medien verifiziert. Ein gezieltes Design von komplexen Mischkristall‐Elektrokatalysatoren wird durch das Screening von äquiatomaren Legierungen deutlich verbessert, ohne dass der gesamte Zusammensetzungsbereich untersucht werden muss.