Thermodynamische Studien der Systeme Pt-Cu-P und Pt-Ni-P als Grundlage zur systematischen Legierungsentwicklung

• Antragsteller: Dr. Ulrich Klotz; Professor Dr. Hans Jürgen Seifert
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536646051

Platin-Phosphide, denen Ni und/oder Cu zulegiert wird, sind seit fast 20 Jahren Gegenstand vieler Forschungsarbeiten zur Entwicklung von Elektrokatalysatoren. Sie zeigen sowohl im kristallinen, thermodynamisch stabilen Zustand als auch im amorphen, metastabilen Zustand ein vielversprechendes elektrochemisches Verhalten. Da es jedoch an einer grundlegenden thermodynamischen Beschreibung der ternären Systeme Pt-Cu-P und Pt-Ni-P, auf denen das quaternäre System Pt-Cu-Ni-P begründet ist, mangelt, fehlt das Grundlagenwissen, das für eine systematische Legierungsentwicklung nötig ist. Zudem ist das experimentelle Arbeiten mit Phosphor (P) aufgrund seiner toxischen Modifikation (weißer P) nicht ungefährlich, und zusätzlich erschwert seine niedrige Sublimationstemperatur (ca. 300°C) die experimentelle Arbeit stark. Diese Voraussetzungen machen bisherige Hochdurchsatz-Ansätze zur Untersuchung von Metall-Phosphiden unmöglich. Das vorliegende Forschungsvorhaben hat das Ziel, die ternären Systeme Pt-Cu-P und Pt-Ni-P thermodynamisch zu beschreiben und die Schmelzgleichgewichte des quaternären Systems Pt-Cu-Ni-P zu modellieren, um eine systematische Legierungsentwicklung für anwendungsspezifische Anforderungen zu ermöglichen. Zusätzlich zu der Beschreibung der thermodynamischen Gleichgewichte können die zur Glasbildung benötigten tiefschmelzenden Zusammensetzungen zielgerichteter als durch klassische systematische Versuchsreihen identifiziert werden. Zur Zielerreichung sieht das Forschungsvorhaben vor, durch eine geschickte Kombination von Hochdurchsatzexperimenten, etablierten computerunterstützen Methoden und nachfolgenden zielgerichteten Schlüsselexperimenten die genannten Systeme effizient zu erschließen. Die experimentelle Arbeit beinhaltet die Probenherstellung mittels Temperaturgradienten-Methode, und die Proben werden mittels thermischer Analyse (DTA, DSC, Flash-DSC) untersucht. Außerdem werden Mikrostrukturuntersuchungen (REM/EDX/WDX) und Strukturuntersuchungen (XRD) durchgeführt mit dem Ziel, die chemischen Zusammensetzungen und Kristallstrukturen der jeweiligen Phasen zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen