Elektrokatalyse: von der Synthese zum Bauteil

Materialien

MXene

MXene sind eine relativ neue Familie von 2D-Materialien (1 bis 3 Schichten), die aus Übergangsmetallkarbiden und -nitriden bestehen und durch verschiedene Ätzprozesse aus MAX-Phasen hergestellt werden, Abbildung X. Eine MAX-Phase hat die allgemeine Formel Mn+1AXn, wobei M ein frühes Übergangsmetall, A ein Element aus Gruppe 13 und 14 des Periodensystems und X Kohlenstoff oder Stickstoff darstellt. Während des Ätzvorgangs, der in einer auf Fluoridionen basierenden Lösung durchgeführt wird, wird das Element der Gruppe 13/14 aus der MAX-Struktur entfernt, wodurch die Karbidschichten durch OH-, O-, Cl- oder F-Gruppen abgeschlossen werden, die anschließend als „Oberflächengruppen oder Kantenstellen“ bezeichnet werden.5 Die resultierende Struktur wird als „MXene“ bezeichnet. MXene gelten aufgrund ihrer Struktur als hochleitfähig und langlebig. Bisher ist jedoch nicht bekannt, dass MXene aktive Zentren für die OER enthalten, da keine MXene mit Metallen zur Förderung der OER (z. B. Mn oder Fe) erfolgreich synthetisiert wurden.  Andererseits sind Übergangsmetalloxide (TMOs) eine spannende Gruppe von Materialien, die verschiedene faszinierende physikalische Eigenschaften besitzen, die sich je nach Oxidationszustand des Materials ändern können, und die als aktive Katalysatoren für die Wasserspaltung bekannt sind. Durch die Kombination kostengünstiger, aktiver TMO-Katalysatoren mit MXenen schafft unsere Gruppe Katalysatorschichten mit den Eigenschaften eines gewünschten OER-Katalysators.