Chemie Iodidsalze machen Biokatalysatoren für Brennstoffzellen stabil
Sauerstoff ist der größte Feind von Biokatalysatoren für die Energieumwandlung. Ein Schutzfilm schirmt sie ab – aber nur mit einer weiteren Zutat: Iodidsalz.
Entgegen theoretischen Vorhersagen inaktiviert Sauerstoff Biokatalysatoren für die Energieumwandlung auch unter einem Schutzfilm binnen kurzer Zeit. Ein Forschungsteam des Exzellenzclusters Resolv an der RUB hat herausgefunden warum: Es bildet sich Wasserstoffperoxid am Schutzfilm. Die Zugabe von Iodidsalzen zum Elektrolyten kann das verhindern und die Lebensdauer der Katalysatoren erheblich verlängern.
Das Team um Prof. Dr. Nicolas Plumeré von Resolv, Dr. Erik Freier vom Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften Dortmund und Prof. Dr. Wolfgang Lubitz vom Max-Planck-Institut für chemische Energieumwandlung in Mülheim berichtet in Nature Communications vom 14. Februar 2020.
Binnen Sekunden deaktiviert
Biologische und bio-inspirierte Katalysatoren sind im Überfluss vorhanden, und ihre katalytische Leistung kommt der von Edelmetallkatalysatoren nahe. Trotzdem werden sie nicht flächendeckend für Energieumwandlungsprozesse eingesetzt. Der Grund dafür ist ihre Instabilität. Sauerstoff kann sie binnen Sekunden deaktivieren. Vor Kurzem hatte die Arbeitsgruppe entdeckt, dass redoxaktive Filme davor schützen können, theoretisch für unendliche lange Zeit. In Experimenten wirkt dieser Schutz jedoch bisher nur wenige Stunden.
Kombination von Methoden geht dem Problem auf den Grund
Um zu klären, warum, kombinierten die Forscher verschiedene Methoden, die es ihnen erlaubten, genau zu untersuchen, was in der schützenden Schicht passiert. Die Untersuchungen zeigten: Der Schutzprozess führt zu einer Ansammlung von Wasserstoffperoxid, die eine Schädigung des katalytischen Films fördert. Das Team konnte nachweisen, dass die Aufspaltung von Wasserstoffperoxid mithilfe von Iodidsalzen die Halbwertszeit eines wasserstoffproduzierenden Enzyms für die Wasserstoffoxidation bei konstantem Umsatz auf bis zu eine Woche erhöht, selbst wenn konstant hohe Sauerstoffkonzentrationen darauf einwirken.
