Arbeitsgebiete

Ziel der Arbeiten in der Abteilung Elektrochemie ist die Aufklärung der Einzelschritte elektrochemischer Reaktionen. Dabei spielt häufig die Adsorption von Ionen oder Reaktanden auf der Elektrodenoberfläche (dem Elektrokatalysator) eine Rolle. Solche Prozesse laufen beispielsweise in Brennstoffzellen, bei der Erzeugung metallischer Überzüge ("Galvanisieren"), bei der elektrochemischen Synthese und bei Maßnahmen zur Verhinderung der Korrosion ab. Im Vordergrund unserer Untersuchungen stehen die Adsorption organischer Verbindungen und die Wechselwirkungen organischer Adsorbate mit anionischen und metallischen Adsorbaten an Einkristallelektroden, da diese im Gegensatz zu normalen Metallelektroden eine regelmäßige Anordnung der Atome an der Oberflächen aufweisen.

Die damit gewonnenen Erkenntnisse fließen direkt in anwendungsbezogene Forschungsprojekte ein.

Wir verwenden die folgenden Methoden bzw. Apparaturen:

• Massenspektrometer mit speziellem Einlaßsystem zur on line Analyse elektrochemischer Reaktionsprodukte und von Adsorbaten ("Differentielle elektrochemische Massenspektroskopie")
  
  
• Elektrochemische Rastertunnelmikroskopie (Abbildung von Elektrodenoberflächen im Elektrolyten mit atomarer Auflösung)
  
  
• Ultrahochvakuumanlage mit Photoelektronenspektroskopie (XPS), Augerelektronenspektroskopie (AES) und Elektronenbeugung (LEED) zur Charakterisierung von Elektrodenoberflächen und Adsorbaten nach dem Transfer aus dem Elektrolyten (Struktur und atomare Zusammensetzung)
  
  
• Klassische elektrochemische Methoden (z. B. Impedanzspektroskopie, zyklische Voltammetrie)
  

• Die Themen im einzelnen:

• Adsorption organischer Verbindungen auf Einkristallelektroden der Gruppe der Pt- Metalle.
  
  Aktuell untersuchen wir die Verdrängung organischer Adsorbate (z. B. Benzol, Ethen) bei Adsorption ionischer Spezies, z.B. Cu oder Iod.
  
  
• Einfluß der Oberflächenstruktur auf elektrochemische Reaktionen
  
  Die Reaktionsgeschwindigkeit und die Produktverteilung wird von der Oberflächenstruktur der Einkristallelektroden (d. h. der atomaren Anordnung der Metallatome) beienflußt. Dies untersuchen wir an ausgewählten Beispielen. Weiterhin interessiert die Beeinflussung der Produkte und Reaktionsgeschwindigkeiten durch nur einen Atomradius dicke Schichten anderer Metalle.
  
  
• Grundlagenuntersuchungen zur Methanol-Brennstoffzelle
  
  Bei der Methanol "Solid  Polymerelectrolyte Fuel Cell" stellt die Vergiftung des Katalysators (Platin) mit adsorbiertem Kohlenmonoxid ein großes Problem dar. Die Oxidation dieses adsorbierten CO wird erleichtert, wenn der Katalysator mit Ru oder Sn modifiziert wird. An Pt adsorbiertes CO reagiert dann mit an Ru oder Sn adsorbierten OH zu CO₂. Wir untersuchen daher die Grundlagen dieses Effektes an Pt - Einkristallelektroden, die durch Ru und Sn modifiziert wurden.
  
  
• Struktur und Kinetik ionischer Adsorbate
  
  Viele elektrochemische Reaktionen werden durch die Adsorption der im Elektrolyten vorhandenen Ionen auf der Oberfläche beeinflußt. Das Adsorbat kann eine Reaktion hemmen, beschleunigen oder als Intermediat selbst an der Reaktion beteiligt sein wie adsorbierter Wasserstoff im Fall von Hydrierungen. Wir untersuchen die Geschwindigkeit dieser Adsorptionsreaktion mittels Impedanzspektroskopie und die Anordnung z. B. mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie.
  
  
• Entwicklung elektrochemischer Spurengassensoren
  
  Wir haben ein zum Patent angemeldetes Verfahren entwickelt, mit dem organische Lösungsmittel in Luft auch unterhalb von 1 ppm nachgewiesen werden können. Diese Empfindlichkeit wird dadurch erreicht, daß die nachzuweisende Substanz abwechselnd an der Oberfläche des Katalysators einer sogenannten Gasdiffusionselektrode adsorbiert, d. h. angereichert und in regelmäßigen Abständen oxidiert wird.
  Gegenwärtig prüfen wir die Möglichkeit, den Sensor durch Mikrostrukturierung zu verkleinern, um dadurch seine Eigenschaften zu verbessern.