HZB-Forscher Robert Seidel erhält ERC-Consolidator Grant für WATER-X

Der Physiker Dr. Robert Seidel hat einen Consolidator Grant des European Research Council (ERC) eingeworben. In den kommenden fünf Jahren erhält er damit Fördermittel von insgesamt zwei Millionen Euro für sein Forschungsvorhaben WATER-X. Seidel will mit modernsten Röntgenmethoden an BESSY II Nanopartikel in wässriger Lösung untersuchen, die als Katalysatoren bei der photokatalytischen Produktion von „grünem“ Wasserstoff eingesetzt werden.

Mit dem Consolidator-Grant fördert der ERC Wissenschaftler*innen, die bereits mehrere Jahre Erfahrung besitzen und nun ein groß angelegtes Forschungsprojekt planen. Der Physiker Robert Seidel ist Experte für Röntgenanalysen an BESSY II. In hochkarätig publizierten Studien zeigte er bereits, dass Wasser auch heute noch große Überraschungen bereithält.

In seinem ERC-Projekt WATER-X konzentriert er sich auf den Prozess der Photokatalyse, bei dem Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden. Sofern die benötigte Energie für die Katalyse aus erneuerbaren Quellen stammt, gilt der so erzeugte Wasserstoff als „grün“. Wasserstoff wird im fossilfreien Energiesystem der Zukunft eine wichtige Rolle spielen, ob als Energiespeicher, als Brennstoff oder Rohstoff für die Industrie. Für eine hohe Effizienz beim Prozess sind jedoch Katalysatoren notwendig und hier setzt das Projekt WATER-X an.

„In WATER-X werden wir die ultraschnellen Prozesse an katalytisch aktiven Nanopartikeln in Wasser untersuchen, die mit Licht aktiviert werden können“, sagt Seidel. Denn während der gesamte photokatalytische Wasserspaltungsprozess vergleichsweise langsam (Millisekunden bis Sekunden) abläuft, finden die Licht-induzierten Prozesse an den Katalysatorpartikeln so rasch (Pikosekunden bis Nanosekunden) statt, dass sie bisher experimentell nur sehr unzureichend untersucht werden konnten. Dabei will sich das Team auf vier verschiedene Übergangsmetalloxide fokussieren, die mit Licht (Photonen) aktivierbar sind und als interessante Kandidaten für preiswerte und effiziente Katalysatoren gelten.

Im WATER-X-Projekt wird Seidel diese Pikosekunden-Prozesse an den Grenzflächen von Übergangsmetalloxid-Nanopartikeln in Wasser untersuchen, indem er den „flüssigen Mikrojet-Aufbau“ an BESSY II mit zeitaufgelöster Femtosekunden-Laser-Photoelektronenspektroskopie kombiniert. Damit ließen sich erstmals kurzlebige, molekulare Zwischenprodukte und ihre Zerfallsmechanismen experimentell genau beobachten.

„Am Ende meines WATER-X-Projekts werden wir besser verstehen, wie die Licht-induzierten Prozesse zwischen Katalysator-Nanoteilchen und Wasser genau ablaufen und wie wir sie gezielt verbessern können“, sagt Seidel. Damit könnte die Entwicklung von neuartigen, hocheffizienten Katalysatoren für viele Zwecke, nicht nur für grünen Wasserstoff, deutlich an Fahrt aufnehmen.

Das Forschungsvorhaben WATER-X wird von der EU unter der Projektnummer 101126299 gefördert: WATER-X: PHOTO-INDUCED ELECTRON DYNAMICS AT THE TRANSITION-METAL OXIDE–WATER INTERFACE FROM TIMERESOLVED LIQUID-JET PHOTOEMISSION