Die elektrochemische $CO_2$-Reduktion wird typischerweise durch protonengekoppelten Elektronentransfer (PCET) bestimmt, wodurch die Umwandlung von $CO_2$ stets mit der konkurrierenden Wasserstoffentwicklung ($H_2$-Bildung) verknüpft ist. Dies mindert Selektivität und Faraday-Effizienz, insbesondere bei der Herstellung von Formiat ($HCOO^-$).
Eine aktuelle Studie in Nature Chemistry zeigt nun einen Ausweg: Eine Janus-Palladium-Membranelektrode ermöglicht die selektive Formiat-Produktion durch heterogenen Hydridtransfer – und eröffnet damit elektrochemische, hydridbasierte Reaktivität jenseits der klassischen protonenvermittelten Elektrokatalyse.
Das Prinzip: Palladium kann elektrochemisch erzeugten Wasserstoff interstitiell absorbieren und dabei Palladiumhydrid ($PdH_x$) bilden. Die Janus-Architektur der Membran mit zwei funktional unterschiedlichen Seiten entkoppelt Hydrid-Bildung und $CO_2$-Aktivierung räumlich voneinander. Statt Protonen werden gezielt Hydridionen auf $CO_2$ übertragen, sodass Formiat entsteht, während die konkurrierende $H_2$-Entwicklung unterdrückt wird.
Damit wird ein Reaktivitätsmuster elektrochemisch nutzbar, das bislang vor allem aus der homogenen Katalyse mit Übergangsmetallhydriden bekannt war: die nukleophile Hydridaddition an $CO_2$. Der Ansatz liefert neue Designprinzipien für Elektrokatalysatoren und könnte die selektive elektrochemische Synthese von Formiat als wertvollem Ausgangsstoff für die chemische Industrie oder als potenziellem Wasserstoffträger deutlich effizienter machen.
Hintergrund: Palladiumhydrid ist seit den Arbeiten Thomas Grahams im 19. Jahrhundert bekannt; das im Metallgitter gespeicherte Hydrid wirkt als starkes Reduktionsmittel. Membranelektroden erlauben es zudem, anodische und kathodische Teilprozesse räumlich zu trennen und so die Produktselektivität gezielt zu steuern.
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