Helmholtz-Zentrum Berlin etabliert Helmholtz-Nachwuchsgruppe zur elektrochemischen Umwandlung von Kohlenstoffdioxid
Dr. Matthew Mayer
Dr. Matthew T. Mayer von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Schweiz, wird eine Helmholtz-Nachwuchsgruppe auf dem Gebiet der Energie-Material-Forschung am HZB aufbauen. Er wird erforschen, wie sich mithilfe von erneuerbaren Energien Kohlenstoffdioxid und Wasser elektrochemisch in Kohlenwasserstoffe wie Methan oder Methanol umwandeln lassen. Für den Aufbau seiner Nachwuchsgruppe erhält Matthew Mayer 300.000 Euro pro Jahr für einen Zeitraum von fünf Jahren.
Die Forschung steht vor der großen Herausforderung, neue Lösungsansätze zur Reduzierung des klimaschädlichen Ausstoßes von Kohlenstoffdioxid zu entwickeln. Eine Möglichkeit ist es, die erneuerbare Energien zu nutzen, um Kohlenstoffdioxid und Wasser elektrochemisch umzuwandeln. Dadurch sollen Kohlenwasserstoffe wie Methan, Methanol oder Ethylen entstehen, die wichtige Rohstoffe für die chemische Industrie sind. Die größte Herausforderung dabei ist, die Energieeffizienz, die Reaktionsgeschwindigkeit und die Ausbeute bei der CO2-Katalyse zu verbessern.
Matthew T. Mayer will nun neuartige Elektrokatalyse-Materialien mit heterogenen Bimetall-Oberflächen herstellen. Mit der Synchrotron-, Röntgen- und Photoelektronen-Spektroskopie will der promovierte Chemiker die katalytischen Prozesse in-situ und in operando betrachten und detaillierte chemische Informationen über die Katalysator-Molekül-Wechselwirkung erhalten. Dadurch will Mayer neue Einblicke in katalytische Mechanismen und die Grundsätze der Zellenentwicklung gewinnen, die ein gezieltes Design von Katalysatoren ermöglichen sollen. Diese Erkenntnisse sollen helfen, das Potenzial der elektrochemischen CO2-Reduktion als Technologie für die Bereitstellung von Kohlenwasserstoffen auszuloten.
„Mit Dr. Matthew Mayer gewinnen wir einen sehr profilierten Wissenschaftler, dessen Forschungsgebiet hervorragend unsere Projekte in der Energie-Material-Forschung ergänzt. Seine Arbeit wird von den vielseitigen Analyse- und Synthesemöglichkeiten am HZB profitieren, insbesondere durch die Kombination mit dem brillanten Röntgenlicht von BESSY II“, sagt Prof. Dr. Anke Kaysser-Pyzalla, wissenschaftliche Geschäftsführerin am HZB.
Der US-Amerikaner Matthew T. Mayer studierte Chemie an der Boise State University, USA, und promovierte am Boston Collage. Zurzeit leitet er an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne die Gruppe „Solare Brennstoffe“ im Labor für Photonik und Grenzflächen, das von Prof. Dr. Michael Graetzel geführt wird. Dort erforscht Matthew T. Mayer, wie man Sonnenlicht direkt in Brennstoffe umwandeln kann. Zuvor arbeitete er mehrere Jahre am Boston College in den USA. Er hält zwei Patente und hat zahlreiche Publikationen veröffentlicht. Er wird im Mai 2017 an das HZB kommen, um seine Nachwuchsgruppe aufzubauen.
Gleich zwei neue Helmholtz-Nachwuchsgruppen gehen 2017 an den Start
Das HZB war bei der Ausschreibung der Helmholtz-Nachwuchsgruppen in 2016 besonders erfolgreich. In einem hoch kompetitiven Verfahren wurden aus 49 Anträgen dreizehn neue Nachwuchsgruppen in der Helmholtz-Gemeinschaft bewilligt, darunter zwei vom HZB. Neben Matthew T. Mayer konnte das HZB einen weiteren Wissenschaftler gewinnen: Dr. Antonio Abate will mit seiner Nachwuchsgruppe die Langzeitstabilität für Perowskit-Solarzellen verbessern.
Über das Programm "Helmholtz-Nachwuchsgruppen"
Das Förderprogramm richtet sich an hoch qualifizierte Nachwuchskräfte, deren Promotion zwei bis sechs Jahre zurückliegt. Die Nachwuchsgruppenleiterinnen und -leiter werden durch ein maßgeschneidertes Fortbildungs- und Mentoring-Programm unterstützt und sollen eine langfristige Perspektive am Zentrum erhalten. Ein Ziel des Programms ist es, die Vernetzung von Helmholtz-Zentren und Universitäten zu stärken. Die Kosten – 300.000 Euro pro Gruppe über einen Zeitraum von fünf Jahren – werden je zur Hälfte aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds des Helmholtz-Präsidenten und den Helmholtz-Zentren gedeckt.
- Langzeit-Stabilität von Perowskit-Solarzellen deutlich gesteigertPerowskit-Solarzellen sind kostengünstig in der Herstellung und liefern viel Leistung pro Fläche. Allerdings sind sie bisher noch nicht stabil genug für den Langzeit-Einsatz. Nun hat ein internationales Team unter der Leitung von Prof. Dr. Antonio Abate durch eine neuartige Beschichtung der Grenzfläche zwischen Perowskitschicht und dem Top-Kontakt die Stabilität drastisch erhöht. Dabei stieg der Wirkungsgrad auf knapp 27 Prozent, was dem aktuellen state-of-the-art entspricht. Dieser hohe Wirkungsgrad nahm auch nach 1.200 Stunden im Dauerbetrieb nicht ab. An der Studie waren Forschungsteams aus China, Italien, der Schweiz und Deutschland beteiligt. Sie wurde in Nature Photonics veröffentlicht.
- Energie von Ladungsträgerpaaren in Kuprat-VerbindungenNoch immer ist die Hochtemperatursupraleitung nicht vollständig verstanden. Nun hat ein internationales Forschungsteam an BESSY II die Energie von Ladungsträgerpaaren in undotiertem La₂CuO₄ vermessen. Die Messungen zeigten, dass die Wechselwirkungsenergien in den potenziell supraleitenden Kupferoxid-Schichten deutlich geringer sind als in den isolierenden Lanthanoxid-Schichten. Die Ergebnisse tragen zum besseren Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung bei und könnten auch für die Erforschung anderer funktionaler Materialien relevant sein.
- Elektrokatalyse mit doppeltem Nutzen – ein ÜberblickHybride Elektrokatalysatoren können beispielsweise gleichzeitig grünen Wasserstoff und wertvolle organische Verbindungen produzieren. Dies verspricht wirtschaftlich rentable Anwendungen. Die komplexen katalytischen Reaktionen, die bei der Herstellung organischer Verbindungen ablaufen, sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. Moderne Röntgenmethoden an Synchrotronquellen wie BESSY II ermöglichen es, Katalysatormaterialien und die an ihren Oberflächen ablaufenden Reaktionen in Echtzeit, in situ und unter realen Betriebsbedingungen zu analysieren. Dies liefert Erkenntnisse, die für eine gezielte Optimierung genutzt werden können. Ein Team hat nun in Nature Reviews Chemistry einen Überblick über den aktuellen Wissensstand veröffentlicht.