Nanopartikel einzeln zu analysieren ist eine Herausforderung, eben weil sie so klein sind. Eine neue Technik mit Elektronenmikroskopie und Roboterarm könnte das Verfahren erheblich erleichtern.

Edelmetallfreie Nanopartikel könnten künftig als leistungsfähige Katalysatoren dienen, zum Beispiel für die Wasserstoffherstellung. Um sie zu optimieren, müssen Forscherinnen und Forscher die Eigenschaften einzelner Partikel analysieren können. Ein neues Verfahren dafür hat ein Team vom Zentrum für Elektrochemie der RUB und vom Institut für Anorganische Chemie der Universität Duisburg-Essen (UDE) vorgestellt. Die Gruppe entwickelte eine Methode, bei der mit einem Roboterarm einzelne Partikel unter einem Elektronenmikroskop ausgewählt und zur elektrochemischen Analyse auf eine Nanoelektrode aufgebracht werden. Das Verfahren ist in der Zeitschrift Angewandte Chemie beschrieben, online vorab veröffentlicht am 19. November 2020.

Wichtig für die Suche nach optimalen Katalysatoren
Für die Untersuchungen nutzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sechseckige Partikel aus Kobaltoxid. Die Partikel katalysierten die sogenannte Sauerstoffentwicklungsreaktion. Bei der Elektrolyse von Wasser werden Wasserstoff und Sauerstoff gebildet, wobei der limitierende Schritt in diesem Prozess derzeit die Teilreaktion ist, in der der Sauerstoff entsteht; effizientere Katalysatoren für diese Sauerstoffentwicklungsreaktion würden die Gewinnung von Wasserstoff vereinfachen. Nanopartikel könnten dabei helfen. Da ihre katalytische Aktivität oft von ihrer Größe oder Form abhängt, ist es wichtig, die Eigenschaften einzelner Partikel zu verstehen, um die optimalen Katalysatoren zu finden.

„Wir gehen davon aus, dass durch Anwendung der vorgeschlagenen Methodik die Einzelpartikelanalyse von Katalysatormaterialien endlich an den Punkt einer zuverlässigen und vergleichsweise einfachen Probenpräparation und -charakterisierung gelangt ist, die entscheidend für die Herstellung von Struktur-Funktions-Beziehungen sind“, schreiben die Autoren als Fazit.