Aktuelle Fortschritte bei der elektrokatalytischen Wasserstoffentwicklung mit Hilfe von Nanopartikeln

Wasserstoff als Kraftstoff gilt als die sauberste erneuerbare Ressource und die primäre Alternative zu fossilen Brennstoffen für die zukünftige Energieversorgung. Eine nachhaltige Wasserstofferzeugung ist die wesentliche Voraussetzung, um eine zukünftige Wasserstoffwirtschaft zu realisieren. Die elektrokatalytische Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) ist der entscheidende Schritt der Wasserelektrolyse zur H2-Produktion und wurde in den letzten Jahrzehnten umfangreich untersucht. In dieser umfassenden Übersicht fassen wir zunächst die Grundlagen der HER zusammen und überprüfen die aktuellen hochmodernen Fortschritte bei kostengünstigen und leistungsstarken Katalysatoren auf der Grundlage von edlen und unedlen Metallen sowie metallfreien HER-Elektrokatalysatoren. Wir diskutieren systematisch die Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen katalytischer Aktivität, Morphologie, Struktur, Zusammensetzung und Synthesemethode. Strategien zur Entwicklung eines effektiven Katalysators, einschließlich der Erhöhung der intrinsischen Aktivität aktiver Stellen und/oder der Erhöhung der Anzahl aktiver Stellen, werden zusammengefasst und hervorgehoben. Schließlich werden die Herausforderungen, Perspektiven und Forschungsrichtungen der HER-Elektrokatalyse behandelt.