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Justus Masa

• Platinum is the premium catalyst for the oxygen reduction reaction (ORR) in low temperature fuel cells. However, the limited geological stock of platinum and its inhibitive cost disfavour its large scale uses. Therefore, low cost, abundant catalysts have to be sought in order to realize commercialization of fuel cells. In line with this goal, three categories of non-precious metal catalysts for ORR, namely; metalloporphyrins, polymer-metal composites and metal-free catalysts were prospected in this work. Modulation of the intermolecular hardness between metalloporphyrins and \(O_{2}\) by means of \(\it meso\)-substituents led to identification and design of a manganese porphyrin which electrocatalyzes the reduction of \(O_{2}\) at low overpotentials without generating hydrogen peroxide. The activity of the complex became remarkably enhanced upon its pyrolysis at 650 °C. A method for synthesis of metal-free catalysts by pyrolysis of mixtures of carbon and nitrogen rich organic compounds was developed.
• Platin gilt als bevorzugter Katalysator für die Sauerstoffreduktion (ORR) in Niedertemperatur-Brennstoffzellen. Die begrenzte Verfügbarkeit sowie hohe Kosten für Platin verhindern jedoch den kommerziellen Erfolg von Brennstoffzellen. Daher müssen günstige und ausreichende Katalysatoren gefunden werden. In dieser Arbeit wurden drei Typen von Edelmetall-freien Katalysatoren für die ORR untersucht: Metallporphyrine, Polymer-Metall-Verbundstoffe und metallfreie Katalysatoren. Die Modulation der Bindungsstärke zwischen Metallporphyrinen und Sauerstoff durch Substituenten identifizierte ein Mangan-Porphyrin, das die Sauerstoffreduktion bei geringer Überspannung ohne Wasserstoffperoxidproduktion katalysiert. Die Aktivität dieses Komplexes konnte durch Pyrolyse bei 650 °C wesentlich erhöht werden. Weiterhin wurde eine Methode zur Synthese von metallfreien Katalysatoren durch Pyrolyse von Mischungen aus Kohlenstoff und stickstoffreichen organischen Verbindungen entwickelt.