Eine Studie unserer Partner an der Universität Duisburg-Essen zeigt, dass sich die elektrokatalytische Aktivität von Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen für die Sauerstoffentwicklungsreaktion gezielt über ihren Phasenzustand steuern lässt, wobei die martensitische Phase der austenitischen deutlich überlegen ist.

Nickel-Titan (NiTi) shape memory alloys sind intermetallische Werkstoffe, die eine reversible martensitische Phasenumwandlung durchlaufen können. Während sie bereits umfassend für biomedizinische Anwendungen und Aktuatoren untersucht wurden, ist ihr Potenzial als Elektrokatalysatoren für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (Oxygen Evolution Reaction, OER) bislang kaum erforscht. In dieser Arbeit untersuchen die Autoren systematisch, wie die Phasenstruktur die OER-Aktivität von NiTi-Legierungen beeinflusst, indem sie martensitisches Ni₅₀Ti₅₀ (monokline B19′-Phase) mit austenitischem Ni₅₁.₂Ti₄₈.₈ (kubische B2-Phase) vergleichen.

Obwohl sich die beiden untersuchten Legierungen lediglich um 1,2 At.-% Nickel unterscheiden, zeigen sie deutlich unterschiedliche elektrokatalytische Eigenschaften. In einer 1 M KOH-Lösung mit 15 ppb Eisen benötigt die martensitische Phase eine um 40 mV geringere Überspannung (450 statt 490 mV bei 10 mA cm⁻²) und arbeitet über einen Zeitraum von 12 Stunden bei 1,56 V gegenüber der reversiblen Wasserstoffelektrode (RHE) stabil.

Die verbesserte Aktivität steht im Zusammenhang mit phasenabhängigen Materialeigenschaften: einer höheren elektrischen Leitfähigkeit, einer feineren Oberflächenstruktur sowie einer deutlich stärkeren Hydrophilie (Kontaktwinkel 21° gegenüber 71°). Darüber hinaus weist die martensitische Phase eine um 10 % größere elektrochemisch aktive Oberfläche auf.

Bei erhöhtem Eisengehalt (150 ppb) zeigt die martensitische Phase eine ausgeprägtere Umstrukturierung der Oberfläche und erreicht eine um 370 mV geringere Überspannung. Dies deutet auf eine effizientere Einlagerung von Eisen in die katalytisch aktive Oberfläche hin.

Die Ergebnisse belegen, dass sich die OER-Leistung von NiTi-Legierungen gezielt über ihren mikrostrukturellen Phasenzustand einstellen lässt. Damit etabliert die Studie das Phasen-Engineering als vielversprechende Strategie für die Entwicklung leistungsfähiger Elektrokatalysatoren der nächsten Generation zur Wasserspaltung.