Wasserstoff-Brennstoffzellen arbeiten als eine gezähmte Version der Knallgasreaktion, bei der Sauerstoff und Wasserstoff explosionsartig zu Wasser reagieren. Damit das Ganze sanft von satten geht und die freiwerdende Energie in Form von Strom abgezapft werden kann, finden die Reaktionen der beiden Reaktionspartner in einer Brennstoffzelle als zwei räumlich getrennte Teilreaktionen statt. In der einen Halbzelle nimmt Sauerstoff an einer Elektrode Elektronen auf – es wird reduziert –, in der anderen verläuft die Oxidation von Wasserstoff, der Elektronen abgibt. Die Zellen sind durch Polymerelektrolytmembranen verbunden, über die der Stoffaustausch läuft.

Damit die Reaktion laufen kann, müssen die Elektroden katalytisch wirken. Material der Wahl für die Elektrode der Sauerstoff-Teilreaktion ist seit Jahrzehnten das Edelmetall Platin. Nun haben Peter Strasser und sein Team von der Universität Houston ein neues Material entwickelt: Eine Legierung aus Platin, Kupfer und Kobalt, die in Form von Nanopartikeln auf Trägern aus Kohlenstoff aufgebracht ist.

Die eigentliche katalytisch aktive Phase entsteht dabei erst vor Ort: Wird eine zyklisch wechselnde Spannung an die Elektrode angelegt, lösen sich an der Oberfläche der Nanopartikel selektiv die weniger edlen Metallatome, vor allem Kupfer, aus der Legierung heraus. So entstehen Nanopartikel mit einem Kern aus der ursprünglichen kupferreichen Legierung und einer fast nur Platin enthaltenden Schale.

"Die sauerstoffreduzierende Aktivität unseres neuen elektrokatalytischen Nanomaterials ist bisher unerreicht - etwa vier- bis fünfmal höher als beim reinen Platin" erläutert Strasser. "Zudem konnten wir zeigen, wie man dieses Material in einer richtigen Brennstoffzelle in situ einsetzt und aktiviert."

Die beobachtete Oberflächenzunahme der Nanopartikel reicht jedoch als Erklärung nicht aus. Strasser vermutet, dass spezielle veränderte strukturelle Charakteristika der Oberfläche eine Rolle spielen. Obwohl die Partikeloberfläche hauptsächlich aus Platin besteht, scheinen die Abstände zwischen den Platin-Atomen hier kürzer zu sein als bei dem reinem Edelmetall. Diese Stauchung kann durch den Legierungskern stabilisiert werden, der auf Grund des Kupfers und Kobalts noch stärker verkürzte Platin-Abstände zeigt.

Zudem scheint der kupferreiche Kern die elektronischen Eigenschaften der Platin-Schale zu beeinflussen. Theoretische Betrachtungen haben ergeben, dass der Sauerstoff so optimal an die Partikeloberfläche binden kann und sich leichter reduzieren lässt.