Grundlagenuntersuchungen an modifizierten Ru und Pt Oberflächen für die Direktmethanolbrennstoffzelle

Abstract

Die vorliegende Dissertationsschrift beschreibt Grundlagenuntersuchungen an verschiedenen modifizierten Ru und Pt Oberflächen als Modellsysteme für die bimetallischen Katalysatorsysteme Se/Ru, Ru/Pt und W/Pt, die in der Direktmethanolbrennstoffzelle Anwendung finden. Im System Se/Ru wurden Experimente zur Untersuchung des Einflusses der Se Modifikation auf die Sauerstoffreduktion an polykristallinen Ru Oberflächen an der rotierenden Ring-Scheibe Elektrode durchgeführt und die Kinetik der Sauerstoffreduktion an den mittels Kupfer Unterpotenzialabscheidung charakterisierten Se/Ru-Oberflächen untersucht. Im System Ru/Pt wurden neuartige, erstmals von Attard et al. beschriebe quasi-einkristalline Ru Filme auf Pt(111), Pt(100) und vizinalen Einkristalloberflächen charakterisiert, die als Modellsysteme für katalytische Studien interessante Eigenschaften besitzen, insbesondere wenn sie mit Pt modifiziert werden. Hier wurden Experimente zur Analyse der Ru Filmoberflächen mittels Kupfer Unterpotenzialabscheidung auf den niedrig indizierten Pt(100), Pt(110) und Pt(111) Oberflächen, gestuften Pt(S) [n(100)x(111)] Oberflächen mit n = 2..6 und der Pt(533) Oberfläche durchgeführt. In der Literatur findet Wolfram in binären, aber auch in ternären Pt Katalysatoren für die Methanol- bzw. CO-Oxidation in der Brennstoffzellenanode bzw. Sauerstoffreduktion in der Brennstoffzellenkathode Anwendung. In der Diplomarbeit wurde bereits begonnen, die Adsorption von Wolfram an der (aufgerauten) Pt(111) Einkristalloberfläche zu untersuchen. Dabei konnten Fragen zu den Adsorptionsplätzen, den ablaufenden Prozessen und den Oxidationszuständen des Wolframs nur teilweise beantwortet werden. Durch die neuen Untersuchungen im System W/Pt zur Adsorption von Wolfram an Pt Einkristallen mit unterschiedlicher Stufendichte und unter Anwendung verschiedener Untersuchungsmethoden wie der elektrochemischen Impedanzspektroskopie, der Röntgenphotoelektronenspektroskopie, der differenziellen elektrochemischen Massenspektroskopie und der Rastertunnelmikroskopie wurde versucht, diese offenen Fragen zu beantworten.

<strong>Investigations on modified Ru and Pt surfaces for the direct methanol fuel cell</strong> <br /> In this thesis investigations on various modified Ru and Pt surfaces as model systems for the bimetallic catalyst systems Se/Ru, Ru/Pt and W/Pt, which are used in direct methanol fuel cells, are described. In the Se/Ru system RRDE experiments were carried out to investigate the influence of Se modification on the oxygen reduction on polycrystalline Ru surfaces, previously characterized by copper underpotential deposition. In the Ru/Pt system, novel quasi-monocrystalline Ru films, first described by Attard et al., which have interesting properties as model systems for catalytic studies are investigated. Here experiments were carried out to analyze the Ru film surfaces by means of copper underpotential deposition on the low-index Pt(100), Pt(110) and Pt(111) surfaces, stepped Pt(S)[n(100)x(111)] surfaces with n = 2..6 and the Pt(533) surface. In literature, tungsten is used in binary, but also in ternary Pt catalysts for the oxidation of methanol or CO in the fuel cell anode or oxygen reduction in the fuel cell cathode. In the W/Pt system experiments were performed on the adsorption of tungsten on Pt single crystals with different step density and using various investigation methods such as cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, differential electrochemical mass spectroscopy and scanning tunneling microscopy in order to identify adsorption sites, the processes taking place and the oxidation states of the tungsten.