Nanoelektrochemie an bimetallischen Elektroden: Einfluss von Dimensionalität und Struktur

Die elektronischen und chemischen bzw. elektrochemischen Eigenschaften von Fest-körpern und Festkörperoberflächen ändern sich zunehmend beim Übergang zu nanoskaligen Systemen, und auch die Dimensionalität der jeweiligen Nanostrukturen hat wesentlichen Anteil daran. Für bimetallische Festkörper/Oberflächen spielt weiterhin die Zusammensetzung des Oberflächenbereichs und die Verteilung der Komponenten darin eine entscheidende Rolle. Durch Variation der beiden Parameter ‚(Oberflächen-) Zusammensetzung’ und ‚Dimensionalität’ können so abgestimmte chemische/ elektrochemische Eigenschaften von bimetallischen Nanostrukturen erreicht werden.

In diesem experimentell/theoretischen Projekt soll ein detailliertes Verständnis der elektrochemischen und -katalytischen Eigenschaften bimetallischer Nanostrukturen unterschiedlicher Dimensionalität und Struktur erarbeitet werden. Dies soll anhand von 2 komplementären bimetallischen Systemen, PtRu (Pt - kleineres, aktives Übergangsmetall) und PtAu (Pt - größeres, inertes Münzmetall), geschehen, wobei in einem parallelen Ansatz Strukturen unterschiedlicher Dimensionalität präpariert und untersucht werden sollen (nulldimensionale Nanopartikel, geträgert auf Graphen-Filmen bzw. auf selbstassemblierten organischen Monolagen (SAMs) sowie ein- und zweidimensionale Oberflächenstrukturen). Beide Systeme sind zudem auch elektrokatalytisch (Brennstoffzellen) hoch relevant (PtRu) bzw. als höchst interessantes Material (PtAu) im Gespräch. Dazu sollen mikroskopische, in-situ wie ex-situ spektroskopische und elektrochemische Methoden sowie auf der Dichtefunktionaltheorie beruhende theoretische Verfahren eingesetzt und weiterentwickelt werden. Basierend auf den Ergebnissen sollen Konzepte zum gezielten Einsatz derartiger Strukturierungsverfahren zur Optimierung der elektrochemischen/-katalytischen Eigenschaften bimetallischer Elektroden in Hinblick auf Anwendungen im Bereich der energierelevanten Elektrochemie, insbesondere der Elektrolyse / Brennstoffzellen-Elektrokatalyse, entwickelt werden.

Insgesamt befasst sich dieses Projekt mit zentralen, grundlegenden Fragen der Nano-Elektrochemie, deren Verständnis und Beantwortung Basis für vielfältige Anwendungen darstellen.