Die elektrochemische Wasserstoffentwicklung (HER = hydrogen evolution reaction) durch Wasserspaltung gilt als vielversprechende Technologie für eine „grüne“, erneuerbare und nachhaltige Energieversorgung. Hierbei gilt die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER = oxygen evolution reaction) als Engpass des vierstufigen Mechanismus mit gekoppelten Elektronen-Protonen-Transferreaktionen und hochenergetischen Intermediaten. Gegenwärtig wird die thermodynamisch und kinetisch anspruchsvolle Reaktion durch Katalysatoren auf Ruthenium- und Iridiumbasis vermittelt, jedoch beschränken hohe Kosten und die geringe natürliche Häufigkeit den Einsatz für eine industriellen Anwendung. Aus diesem Grund wurden enorme Anstrengungen unternommen, um hocheffiziente und langlebige Elektrokatalysatoren auf der Basis von kostengünstigen Elementen zu entwickeln. In Pflanzen katalysiert ein Mn4CaO5-Cluster die Wasseroxidation im Photosystem II. Mit der Natur als Vorbild untersuchten viele verschiedene Gruppen Mangan und sein Potenzial die OER elektrochemisch zu katalysieren. In dieser Arbeit wurden mehrere Verbindungen auf Manganbasis auf OER-Aktivität und Stabilität untersucht. Ziel war es in diesen Mangankatalysatoren die aktive Spezies zu identifizieren und eine mögliche industrielle Anwendung zu bewerten.

The hydrogen evolution (HER) through electrochemical water splitting has been regarded as a promising technology for “green”, renewable and sustainable energy supply. For that reaction the OER is considered as the bottleneck in water splitting, with multiple protoncoupled electron transfer steps and high energy intermediates. Currently, the thermodynamically and kinetically demanding reaction is mediated by ruthenium- and iridium-based catalysts but high costs and low natural abundance restrict their practical application for industrial use. Therefore, tremendous efforts have been devoted to develop highly efficient and durable electrocatalysts based on low-cost earth-abundant elements. In plants a Mn4CaO5-cluster catalyses photochemically the water oxidation in the photosystem II. Using nature as a role model manganese attracted various groups to investigate its potential for artificial OER. In this work, several manganese based compounds have been investigated to evaluate their capacity for catalytic use in OER and potential large scale application.