Zum ersten Mal haben MIT-Chemiker im Detail aufgezeigt, wie protonengekoppelte Elektronenübertragungen an einer Elektrodenoberfläche ablaufen. Ihre Ergebnisse könnten Forschern helfen, effizientere Brennstoffzellen, Batterien und andere Energietechniken zu entwickeln.
Die Forscher konnten unter anderem genau nachverfolgen, wie sich Änderungen des pH-Werts der eine Elektrode umgebenden Elektrolytlösung auf die Geschwindigkeit der Protonenbewegung und den Elektronenfluss innerhalb der Elektrode auswirken.
Protonengekoppelter Elektronentransfer liegt vor, wenn ein Molekül, häufig Wasser oder eine Säure, ein Proton auf ein anderes Molekül oder eine Elektrodenoberfläche überträgt, was den Protonenakzeptor anregt, ebenfalls ein Elektron aufzunehmen.
Wenn der protonengekoppelte Elektronentransfer an der Oberfläche einer Elektrode stattfindet, ist eine Untersuchung der Prozess schwierig, da die Oberfläche in der Regel sehr heterogen ist und viele verschiedene Stellen aufweist, an die ein Proton potenziell binden kann.
Um dieses Hindernis zu überwinden, hat das MIT-Team Elektroden geschaffen, die nicht aus einer Vielzahl unterschiedlicher Stellen aufweist, sondern eine einheitliche Anordnung eines einzigen Typs, der ein Proton mit der gleichen Affinität binden kann. So konnten die Forscher die Kinetik dieser Prozesse entschlüsseln.
Dabei fanden sie heraus, dass der pH-Wert der umgebenden Lösung einen erheblichen Einfluss auf die Protonenübertragungsrate hat: Die höchsten Raten traten an den extremen Enden der pH-Skala auf – pH 0, dem sauersten, und pH 14, dem basischsten.
Die Forscher untersuchen nun mithilfe ihres Versuchsaufbaus, wie die Zugabe verschiedener Ionenarten zur Elektrolytlösung die Geschwindigkeit des protonengekoppelten Elektronenflusses beschleunigen oder verlangsamen kann. (jr)
