Eine in situ spektroelektrochemische Untersuchung der potentialinduzierten Strukturänderungen der elektrischen Doppelschicht auf der ionischen Flüssigkeit|Elektrode Grenzfläche

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Izabella Brand
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324675223

Wegen ihrer elektrochemischen Eigenschaften sind Raumtemperatur Ionische Flüssigkeiten ((RTILs); reine ionische Substanz mit 3-6 V großem Potentialfenster) sehr gut zur Verwendung als Elektrolyte in elektrochemischen Systemen, als Reaktionsmittel für Redoxreaktionen oder als Superkondensatoren geeignet. In elektrochemischen Messungen haben normalerweise Moleküle eines Lösungsmittels und Ionen eines Leitelektrolytes einen direkten Kontakt zur Elektrodenoberfläche. In den RTILs sind nur Ionen auf der Elektrodenoberfläche vorhanden, dies beeinflusst die makroskopischen elektrochemischen Eigenschaften und die Struktur der elektrischen Doppelschicht. Auf der submolekularen Ebene ist die Struktur der elektrischen Doppelschicht der RTILs noch nicht bekannt. Untersuchungen der Struktur der elektrochemischen Doppelschicht von RTILs sind sehr selten. In diesem Projekt wird die in situ Polarisations-Modulation Infrarot Reflexions-Absorption Spektroskopie (PM IRRAS) unter elektrochemischer Kontrolle zur Untersuchung der Strukturänderungen der elektrochemischen Doppelschicht in RTILs eingesetzt.Wie herausgefunden (Kirchner et al, Electrochim.Acta.,110,2013,762) hängt die supramolekulare Struktur der elektrischen Doppelschicht der RTILs stark von dem Potential der Elektrode ab. Sie nimmt entweder die Form einer Multilage oder der einer Monolage an. Diesen Ergebnissen folgend werden in diesem Projekt erstmals Langmuir-Blodgett Filme, die exakt die Struktur der elektrischen Doppelschicht der RTILs imitieren, auf der Gold- und Platinelektrodenoberfläche hergestellt. PM IRRAS unter elektrochemischer Kontrolle wird verwendet um die potentialinduzierten Strukturänderungen auf submolekularer Ebene in Langmuir-Blodgett Filmen zu verfolgen. Danach wird die in situ PM IRRAS angewandt um die potentialinduzierten Änderungen der Struktur und der Orientierung der Kationen und Anionen in der elektrischen Doppelschicht der RTILs zu untersuchen. Die größte Herausforderung dieses Projekts liegt in der Differenzierung der IR Absorptionsbande von Kationen und Anionen die direkt an der Elektrodenoberfläche von gleichen Teilchen in der flüssigen Phase adsorbiert wurden. Experimentell ist dies nur möglich, wenn die PM IRRA Spektren bei einer Einstellung der spektroelektrochemischen Zellen gemessen werden, bei der die Intensität des p-polarisierten Lichts (liefert Information über die Grenzfläche und die Umgebung der Probe) und des s-polarisierten Lichts (liefert nur Information über die Umgebung der Probe) gleich ist. Diese besondere experimentelle Einstellung ermöglicht eine erfolgreiche Durchführung dieses Projekts und erweitert die Anwendung der PM IRRAS als eine struktur- und oberflächenempfindliche analytische Technik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen