In-situ/Operando-Charakterisierungstechniken zur Untersuchung elektrochemischer Reaktionen für die Energieumwandlung

Zusammenfassung Die Wasserspaltungsreaktion, einschließlich der Wasserstoff- und Sauerstoffentwicklungsreaktionen, sowie die elektrochemischen Sauerstoff- und CO 2-Reduktionsreaktionen bieten vielversprechende Lösungen zur Bewältigung der weltweiten Energieknappheit und der damit verbundenen Umweltprobleme. Das Fehlen tieferer Einblicke in die Reaktionsmechanismen und einer eindeutigen Identifizierung der katalytisch aktiven Zentren behindert jedoch jeden Durchbruch bei der Entwicklung effizienter Elektrokatalysatoren mit hoher Leistung und Haltbarkeit. Operando-Charakterisierungstechniken, die eine In-situ-Überwachung des Oberflächenoxidationszustands und der lokalen atomaren Strukturtransformation ermöglichen, sind in der Lage, die aktiven Zentren zu untersuchen und das grundlegende Verständnis des Reaktionsmechanismus in diesen Systemen zu fördern. Hierin werden die jüngsten Anwendungen verschiedener Operando-Charakterisierungstechniken bei der Identifizierung der aktiven Zentren und der Erfassung der geometrischen Struktur, des Oxidationszustands und der lokalen atomaren Strukturentwicklung der Katalysatoren während der Wasserelektrolyse und O 2/CO 2-Elektroreduktion eingehend zusammengefasst. Die Herausforderungen und Perspektiven bei der Entwicklung von Operando-Techniken zur weiteren Vertiefung des Verständnisses des zugrundeliegenden Mechanismus bei elektrochemischen Energieumwandlungsreaktionen werden diskutiert.