Untersuchungen zur morphologischen Stabilität von geträgerten Pt Nanopartikeln unter elektrochemischen Bedingungen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Strasser
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256186919

Dieses grundlagenorientierte Projekt untersucht das Wachstumsverhalten von Pt Nanopartikel unter elektrokatalytischen Bedingungen und setzt sich zum Ziel, die wichtigsten chemischen und strukturellen Parameter zu identifizieren, welche die morphologische Stabilitaet solcher Partikelensemble bestimmen und mit Hilfe welcher sich die Partikelstabilitaet kontrollieren laesst. Morphologisch Stabiliaet des Partikelensembles wird dabei reflektiert durch den Grad der Partikelabloesung vom Traeger, des Partikelwachstums (Koaleszenz) oder der Partikelreifung (Ostwaldsche Prozesse). Der Einfluss der Partikelgroessenverteilung und der mittleren Partikelgroesse zu Beginn der elektrochemischen Tests, aber auch der Einfluss der Physiko-chemischen Eigenschaften des Traegermaterials und des elektrochemischen Testprotokolls sollen untersucht werden. Besonderes Augenmerk wird auf dem Einfluss der chemischen Natur des Traegermaterials liegen, wobei neben Kohlenstoffreferenztraegern vor allem auch neuartige oxidische Traeger zum Einsatz kommen werden. Unter anderm soll die Hypothese ueberprueft werden, ob monodisperse Anfangsverteilung der Partikel in Kombination mit grosser chemischer Partikel-Traegeroxid Wechselwirkung tatsaechlich die morphologische Stabilitaet von Partikelkatalysatoren significant verbessern kann. Die gewonnenen Einsichten aus diesem Projekt werden unser grundlegendes Verstaendnis des Degradations-und Stabilitaetsverhaltens von nanopartikulaeren Elektrokatalysatoren verbessern, und werden unter praktischen Gesichtspunkten wichtige Impulse und Strategien fuer das Design von morphologisch stabilen Elektroden liefern fuer wichtige innovative electrochemische Systeme wie Brennstoffzellen, Elektrolyseure, oder Metall-Luft Batterien. Groessenkontrollierte, monodisperse Nanopartikel werden mit Hilfe von solvothermischen Methoden synthetisiert und auf unterschiedliche chemische Traegermaterialien, wie gedoptes Titania, Ceria, oder Zinnoxid aufgebracht. Elektrokatalytische Aktivitaet und morphologische Stabilitaet werden vor, waehrend und nach dem Anlegen von Spannungszyklen mit Hilfe von ex-situ Elektronenmikroskopie (TEM), Roengtendiffraktion (XRD), sowie mit in-situ elektrochemischer Roengtenkleinwinkelstreuung (in-situ SAXS) gemessen und Korrelationen hergestellt. Der Einfluss der elektronischen und geometrischen Struktur auf die katalytische Aktivitaet wird weiterhin mit in-situ elektrochemischer Roengtenabsorptionspektroskopie (in situ XAS), sowohl in der Naehe der Kante (XANES) als auch im weiteren Verlauf der Kante (EXAFS), untersucht werden. Zyklische Voltammetry (CV), Absorptive Methoden zur Messung der Oberflaechen (BET) und Transmissionselektronen mikroscopie (TEM) in Kombination mit energiedispersiver Roengtenanalyse (EDX) dienen zur Bestimmung der Partikelbeladung, des Partikeldurchmessers und des Verlusts an aktiver elektrokatalytischer Oberflaeche.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Beteiligte Person: Professor Dr. Vijay Ramani