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Projekt
Mechanismen der elektrochemischen Oxidation, Restrukturierung und Auflösung von Platin
Antragsteller
Dr. Serhiy Cherevko; Professor Dr. Olaf Magnussen
Fachliche Zuordnung
Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
Förderung
Förderung von 2019 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418603497
Die elektrochemische Oxidation von Platin und die Reduktion der dabei gebildeten, ultradünnen Oxidschichten führen zu Pt Auflösung und Strukturänderungen der Oberfläche, die eine wesentliche Ursache der Degradation von Pt Katalysatoren in Brennstoffzellen sind. Obwohl Pt Oxidation seit langer Zeit untersucht wird, wurde ein detaillierteres Verständnis ihrer Mechanismen auf atomarer Skala bisher nur für die dichtgepackte Pt(111) Oberfläche erreicht. Mikroskopische Modelle für die begleitende Pt Auflösung fehlen sogar vollständig. In diesem Projekt werden wir die Oxidation, Oxidreduktion und Auflösung einkristalliner Platinelektroden systematisch untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf den offeneren Pt(001), Pt(110) und Pt(310) Oberflächen liegen wird. Mit in situ Röntgenstreumethoden werden wir die genaue atomare und nanoskalige Oberflächenstruktur bestimmen, mit elektrochemischer Massenspektroskopie die potential- und zeitabhängigen Raten der anodischen und kathodischen Pt Auflösung. Speziell untersuchen werden wir (i) Mechanismen, Kinetik, und Reversibilität des Platzaustauschs von Sauerstoff und Platinoberflächenatomen in den anfänglichen Stadien der Oxidation, (ii) die Struktur und strukturelle Entwicklung der gebildeten Pt Oxidschicht, (iii) die durch Oxidation/Reduktion Zyklen verursachte Restrukturierung der Oberfläche und (iv) wie all dies die Pt Auflösung beeinflusst. Die massenspektrometrischen Messungen werden einen weiten Bereich von Oxidationsparametern untersuchen, einschließlich des Potential-Zeit Verlaufs, der Lösungszusammensetzung (Anionenspezies, pH Wert, O2 Gehalt) und der Temperatur, wodurch Fälle von besonderem grundlegenden Interesse oder praktischer Bedeutung für die Stabilität von Katalysatoren identifiziert werden können. Mit Röntgenstreuung werden detaillierte Strukturdaten für einen begrenzteren Satz von Oxidationsbedingungen erhalten, deren Auswahl durch die Daten zum Auflösungsverhalten geleitet werden wird. Zusammen mit Dichtefunktionalrechnungen kooperierender Gruppen werden diese Ergebnisse zu detaillierten Einsichten in die mikroskopischen Mechanismen auf atomarem Maßstab führen. Als ersten Test, ob diese Modelle zur Beschreibung der Stabilität realer Katalysatoren eingesetzt werden können, werden wir zusätzlich komplementäre Untersuchungen für ein dazwischen liegendes Modellsystem an durchführen, nämlich formkontrollierten Pt Nanokristallen mit definierten Oberflächen auf Kohlenstoffträgern.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Internationaler Bezug
China, Frankreich, Großbritannien, Kanada, Spanien
