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.
- Nanosilber als Elektrokatalysator für die CO₂-VerwertungDurch Elektrolyse lässt sich CO2 zu CO reduzieren, einem Ausgangsstoff für weitere chemische Produkte wie beispielsweise Kraftstoffe. Im Rahmen des GreenQUEST-Projekts hat ein internationales Team um den HZB-Chemiker Prashanth Menezes Katalysatorschichten aus Silbernanopartikeln systematisch untersucht und dabei sowohl die Partikelgröße als auch deren Dichte variiert. Die beste Ausbeute wurde mit Nanopartikeln mit Durchmessern von etwa 10 nm erzielt, die locker verteilt waren. Darüber hinaus zeigten sie, wie sich die Wirtschaftlichkeit der elektrochemischen Zelle durch eine zusätzliche chemische Reaktion an der Anode verbessern lässt, indem gleichzeitig wertvolle Ameisensäure, Wasserstoff und CO erzeugt wird.
- BESSY II: Erster Film von Spinwellen im Nano-OszillatorSpin-Hall-Nano-Oszillatoren sind winzige Bauelemente auf Basis von ultradünnen CoFeB-Schichten. Sie wandeln Gleichstrom in Mikrowellensignale um und gelten als Option für eine besonders effiziente drahtlose Kommunikation oder für eine neue Technologie der Datenverarbeitung, die vom Gehirn inspiriert ist. Ein schwedisch-deutsches Team konnte nun an BESSY II zum ersten Mal die Magnetisierungsdynamik im Inneren eines solchen Spin-Hall-Nano-Oszillators abbilden, sozusagen filmen. Dazu nutzten sie die zeitaufgelöste Röntgen-Rastertransmissionsmikroskopie am MAXYMUS-Instrument. Die Abbildungen zeigen Merkmale von Spinwellen, die in den bisherigen indirekten Messverfahren nicht sichtbar waren. Die Studie ist in „Advanced Materials“ veröffentlicht.
- Marcel Risch wird Professor an der Freien Universität BerlinSeit August 2026 ist Marcel Risch Professor (W2-S) im Fachbereich Physik an der Freien Universität Berlin. Seine Nachwuchsgruppe wird zur Abteilung Mechanismen nachhaltiger Elektrokatalyse. Risch erforscht die fundamentalen Mechanismen elektrokatalytischer Reaktionen und entwickelt auf dieser Grundlage wissens- und datengetriebene Strategien zur Verbesserung von Elektrokatalysatoren für die nachhaltige Erzeugung von Wasserstoff, Kraftstoffen und Chemikalien.