• search hit 2 of 2
Back to Result List

Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001282-0

Der Einfluss von Hydroxyl-Radikalen auf die Oberflächeneigenschaften von Gold und Platin

  • Einige Oberflächenstrukturen, die sogenannten aktiven Zentren, sind Katalysatoren für heterogene Reaktionen. Ihre Beständigkeit ist von Art und Zusammensetzung der Phasengrenze abhängig. Eine Wechselwirkung mit reaktiven Molekülen ändert die Oberfläche durch Auflösung, Adsorption oder Oberflächendiffusion. In dieser Arbeit werden die Änderungen der Oberflächenaktivität und –struktur von Gold und Platin nach der Behandlung mit den Hydroxyl-Radikalen aufgezeigt. Die elektrochemische Aktivität von Platin gegenüber Hydrochinon, K3Fe(CN)6 und [Ru(NH3)6]Cl2 wurde durch die Behandlung mit Hydroxyl-Radikalen nicht beeinflusst. Die Oberfläche wurde allerdings, durch die Bildung einer Oxidschicht, rauer. Die Oxidschichtbildung konnte zyklovoltammetrisch und potentiometrisch nachgewiesen werden. Im Verlauf der Wechselwirkung von H2O2 mit Platin ging Platin in Lösung (ICP-AES). Bei Gold wurden im letzten Jahrzehnt Oberflächenstrukturen mit vielfach erhöhter Aktivität nachgewiesen. Die Experimente zeigten, dass Hydroxyl-Radikale die reaktiven Goldstrukturen (aktiven Zentren) selektiv beeinflussen. Die elektrokatalytische Sauerstoffreduktionsreaktion und die defektorientierte Platinabscheidung wurden durch die vorherige Behandlung mit Hydroxyl-Radikalen inaktiver. Der Keimbildungsmechanismus blieb hingegen unverändert (instantaneous). Dies wurde mit Hilfe der Zyklovoltammetrie und der Chronoamperometrie nachgewiesen. Topographische Experimente mit dem Rasterkraftmikroskop (AFM) zeigten ein Platinwachstum auf den oberen Teilen der polykristallinen polierten Goldelektrode. Verschiedene Politurmethoden (fein und grob) wiesen zudem eine komplett unterschiedliche Aktivität und Reproduzierbarkeit auf. Mit einer groben Politur konnte eine deutlich bessere Reproduzierbarkeit erreicht werden. Die Identifizierung chemisch aktiver Zentren ist sehr reizvoll. Mit Hilfe von AFM Experimenten konnte die Auflösung von Gold direkt verfolgt werden und damit die aktiven Zentren charakterisiert werden. Morphologische Untersuchungen mit dem Rasterkraftmikroskop belegen eine selektive Änderung der Kristallite und Korngrenzen nach der Wechselwirkung einer ausgeheilten Goldoberfläche mit Hydroxyl-Radikalen (in- und ex-situ). Es kann angenommen werden, dass die selektive Oberflächenänderung bei Gold durch die inhomogene Verteilung der Elektronendichte und verschiedene Bindungszustände der Oberflächengoldatome beeinflusst ist. Herausstehende Kristallstrukturen sind nach der Wechselwirkung mit den Hydroxyl-Radikalen kleiner und die Korngrenzen zwischen den Goldkristallen tiefer. Die nach der einmaligen elektrochemischen Zyklisierung auftretenden Oberflächenänderungen sind den Änderungen nach Behandlung mit Hydroxyl-Radikalen ähnlich. Ein mehrmaliges Zyklisieren führt hingegen zu ein er deutlich veränderten Oberflächenstruktur.
  • Some surface structures, so called active centers, are catalysts for heterogeneous reactions. Their resistance depends on the chemical nature and composition of the phase boundary. The interaction with reactive molecules modifies the surface through dissolution, adsorption or surface diffusion. This thesis investigates the surface activity and surface structure of gold and platinum after treatment of the surface with hydroxyl-radicals. The electrochemical activity of platinum against hydroquinone, K3Fe(CN)6 and [Ru(NH3)6]Cl2 was not influenced by the interaction with hydroxyl-radicals. However, the surface was rougher, because of the formation of an oxide layer. The formation of an oxide layer was proven by cyclic voltammetry and potentiometry. ICP-AES measurements attested the dissolution of platinum after interaction with H2O2. In the last decade it was shown that specific structures of gold exhibit significantly higher catalytic activity. Our experiments verified the selective influence of hydroxyl-radicals on the reactive surface structures. The electrocatalytic oxygen reduction reaction (ORR) and the defect oriented deposition of platinum on gold were less active after treatment of the surface with hydroxyl-radicals. The mechanism of nucleation and growth stayed instantaneous. This was experimentally verified by cyclic voltammetry and chronoamperometry. It was proven by in-situ atomic force microscopy that the deposition of platinum on gold was only on the top asperities of the gold surface. The surface was mechanically polished with different aluminium oxide grain sizes (fine and rough polish) and it was attested that the reproducibility of the rough polishing procedure is higher. The identification of active centers on gold is very useful for the comprehension of surface reactions. Atomic force microscopy was used to study the dissolution of gold by hydroxyl-radicals and therefore the active centers of gold. The experiments attested a selective change of the crystallites and grain boundaries after interaction of the annealed gold surface with hydroxyl-radicals (in- and ex-situ). It can be assumed, that the selective change of the surface structure of gold is influenced by the inhomogenity of the electron density and different bonding conditions of the surface atoms. After hydroxyl-radical attack the small crystallites were smaller and the grain boundaries between the gold crystals were deeper. The surface change after hydroxyl-radical attack is similar to the surface change after electrochemical cycling of the surface in sulfuric acid for one time. After further cycling, however, the surface structure was significantly altered.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author: Gustav Sievers
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001282-0
Title Additional (English):The influence of hydroxyl-radicals on the surface properties of gold and platinum
Advisor:Prof. Dr. rer. nat. Fritz Scholz
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2012/07/17
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2012/07/04
Release Date:2012/07/17
Tag:Aktive Zentren, Oberflächenbehandlung, Oberflächenveränderung, Platinabscheidung auf Gold, chemische Identifizierung
active centers, chemical identification, platinum deposition on gold, surface change, surface treatment
GND Keyword:Cyclovoltammetrie, Elektrochemie, Elektrokatalyse, Gold, Hydroxyl, Oxidschi, Platin, Rasterkraftmikroskopie, Voltammetrie, Wasserstoffperoxid
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Chemie und Biochemie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie
PACS-Classification:60.00.00 CONDENSED MATTER: STRUCTURAL, MECHANICAL, AND THERMAL PROPERTIES / 68.00.00 Surfaces and interfaces; thin films and nanosystems (structure and nonelectronic properties) (for surface and interface chemistry, see 82.65.+r, for surface magnetism, see 75.70.Rf) / 68.37.-d Microscopy of surfaces, interfaces, and thin films / 68.37.Ps Atomic force microscopy (AFM)
80.00.00 INTERDISCIPLINARY PHYSICS AND RELATED AREAS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY / 82.00.00 Physical chemistry and chemical physics; Electronic structure theory of atoms and molecules, see 31.15.-p; Electronic structure theory of condensed matter, see section 71; Electronic structure theory for biomolecules, see 87.10.-e; Electronic structure of / 82.40.-g Chemical kinetics and reactions: special regimes and techniques; Chemically reactive flows, see 47.70.Fw
80.00.00 INTERDISCIPLINARY PHYSICS AND RELATED AREAS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY / 82.00.00 Physical chemistry and chemical physics; Electronic structure theory of atoms and molecules, see 31.15.-p; Electronic structure theory of condensed matter, see section 71; Electronic structure theory for biomolecules, see 87.10.-e; Electronic structure of / 82.47.-a Applied electrochemistry
80.00.00 INTERDISCIPLINARY PHYSICS AND RELATED AREAS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY / 82.00.00 Physical chemistry and chemical physics; Electronic structure theory of atoms and molecules, see 31.15.-p; Electronic structure theory of condensed matter, see section 71; Electronic structure theory for biomolecules, see 87.10.-e; Electronic structure of / 82.65.+r Surface and interface chemistry; heterogeneous catalysis at surfaces (for temporal and spatial patterns in surface reactions, see 82.40.Np; see also 82.45.Jn Surface structure, reactivity and catalysis in electrochemistry); Chemisorption/physisorption: ad
80.00.00 INTERDISCIPLINARY PHYSICS AND RELATED AREAS OF SCIENCE AND TECHNOLOGY / 82.00.00 Physical chemistry and chemical physics; Electronic structure theory of atoms and molecules, see 31.15.-p; Electronic structure theory of condensed matter, see section 71; Electronic structure theory for biomolecules, see 87.10.-e; Electronic structure of / 82.80.-d Chemical analysis and related physical methods of analysis (for related instrumentation, see section 07; for spectroscopic techniques in biological physics, see 87.64.-t) / 82.80.Fk Electrochemical methods (see also 82.45.Rr Electroanalytical chemistry; for electrochemical sensors, see 82.47.Rs)