Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe
Electrochemical oxygen evolution on Hf2B2Ir5 electrode material
11. November 2020
The water electrolysis is an electrochemical way for production of hydrogen, which is considered as one of the future energy carrier molecules. Therefore, looking at numerous advantages of proton exchange membrane electrolysis compared to the classical alkaline variant, it’s efficiency and applicability on the large scale is of huge importance nowadays. However, the slow kinetics of the anode oxygen evolution reaction (OER) limits the overall electrolysis process and requires an active and stable electrocatalyst. Such need inspired the scientists of Chemical Metal Science and Physics of Correlated Matter departments at MPI CPfS together with the Fritz-Haber-Institut in Berlin to employ their longstanding expertise in chemistry of intermetallic compounds, electronic features of solid matter and electrocatalysis to make a step forward in this challenging direction. As a result of fruitful teamwork, the concept of cooperative phases with different stabilities under OER conditions was successfully demonstrated with the intermetallic compound Hf2B2Ir5 as a self-optimizing electrocatalyst for OER.
Based on chemical bonding analysis, the intermetallic compound Hf2B2Ir5 has a cage-like type of the crystal structure: the two-dimensional layers of B2Ir8 units are interconnected by two- and three-center Ir-Ir interactions to polyanionic framework and hafnium atoms are guesting in such anionic cages. The atomic interactions features are reflected in the electronic structure of Hf2B2Ir5 and its chemical behaviour under OER conditions. The initial electrochemical OER activity of Hf2B2Ir5 sustains during the continuous operation at elaborated current densities of 100 mA cm-2 for at least 240 h (Figure 1) and positions this material among Ir-based state-of-the-art electrocatalysts. The harsh oxidative conditions of OER activate the surface-limited changes of the pristine material and as a result the electrochemical performance is related to the cooperative work of Ir-terminated surface of the ternary compound itself and agglomerates of IrOx(OH)y(SO4)z particles (inset of Figure 1). The latter are formed mainly due to the oxidation of HfB4Ir3 secondary phase and near-surface oxidation of the investigated compound. The presence of at least two OER-active states of Ir, originated from the Hf2B2Ir5 under OER conditions, was confirmed by the XPS analysis (Figure 2). The experimental data (electrochemical results, material characterization using bulk-and surface-sensitive methods, elemental analysis of the used electrolyte) are consistent with the chemical bonding analysis. The illustrated concept of cooperative phases with different chemical stabilities under OER conditions can be explored to other systems and offers a perspective knowledge-based way for discovery of new effective OER-electrocatalysts.
Herzlichen Glückwunsch an Marisel Di Pietro Martínez und Luke Turnbull, die beide ein Humboldt Postdoc-Forschungsstipendium in der Spin3D-Gruppe erhalten haben!
Herzlichen Glückwunsch an Eteri Svanidze, die von der Europäischen Gesellschaft für Seltene Erden und Aktiniden (ERES) mit dem 7. ERES-Junior-Preis für ihre "talentierten Beiträge zur Festkörperchemie und -physik der f-Elemente" ausgezeichnet wurde. Der Preis wurde auf der ICFE-11 verliehen, die im vergangenen August in Straßburg (Frankreich)…
Die Härte eines Materials wird normalerweise durch die Stärke der chemischen Bindungen zwischen den Elektronen benachbarter Atome bestimmt und nicht durch frei bewegliche fließende Leitungselektronen. Nun hat ein Team von Wissenschaftlern am MPI-CPfS, aus Deutschland, Japan, Korea und den Vereinigten Staaten gezeigt, dass Leitungselektronen das…
Das Institut für Tiefe Temperaturen und Strukturforschung der Polnischen Akademie der Wissenschaften in Wroclaw verleiht Prof. Juri Grin, Direktor am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe, die Ehrenprofessur.
Prof. Claudia Felser, Direktorin am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe, wurde in die renommierte "Hall of Fame der deutschen Forschung" des manager magazins berufen. Diese Ehre wird ihr für ihre wegweisenden Beiträge zur Weiterentwicklung der Forschung im Bereich der Quantenchemischen Topologie zuteil.
Mit großer Begeisterung konnten wir gemeinsam mit den anderen Max-Planck-Instituten in Sachsen unsere Forschungsarbeiten vor Schülerinnen und Schülern im Rahmen des Schüler Campus 2023 präsentieren und wenige Tage später mit interessierten Bürgerinnen und Bürger im Science Café diskutieren.
Claire Donnelly hat einen Starting Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) erhalten. Sie ist die Leiterin der Lise-Meitner-Gruppe Spin3D am MPI CPfS und wird das Stipendium nutzen, um die Auswirkungen der Dreidimensionalität auf Quanten-Nanomaterialien zu untersuchen.
Am 4. September 2023 laden Ministerpräsident Michael Kretschmer und Max-Planck-Präsident Patrick Cramer zu einem Festakt im Kulturpalast in Dresden ein. Anlass ist die Erfolgsgeschichte von 30 Jahre Max-Planck-Gesellschaft in Leipzig und Dresden.
Die Boehringer Ingelheim Stiftung vergibt eine Förderung im Rahmen des Perspektiven-Programms Plus 3 an Dr. Eteri Svanidze, Gruppenleiterin der REALM-Gruppe am MPI CPfS.