Andrea Auer wird für ihre Dissertation Copper Single Crystal Electrocatalysts: Interfacial Structure and Reactivity ausgezeichnet.
Ein grundlegendes Verständnis elektrochemischer Grenzflächen und elektrokatalytischer Reaktionen ist von entscheidender Bedeutung, um die Entwicklung alternativer Systeme für die Energieerzeugung voranzutreiben. Da es bei der Elektrokatalyse ein hochkomplexes Zusammenspiel zwischen Reaktanden, Lösungsmittelmolekülen und der Katalysatoroberfläche gibt, ist es notwendig, die einzelnen Effekte systematisch mittels Modellstudien zu entschlüsseln. Diese Arbeit konzentriert sich daher auf die Untersuchung von klar definierten Fest-Flüssig-Grenzflächen, die für elektrokatalytische Reaktionen relevant sind. Im Mittelpunkt steht die Untersuchung von Cu(111)-Einkristallen im Alkalischen mittels elektrochemischer Rastertunnelmikroskopie.
Die Grenzflächenbedingungen von Cu(111) in alkalischen Elektrolyten wurde systematisch untersucht. Es wurde festgestellt, dass sich die Cu(111)-Oberfläche am Nullladungspotential langsam umstrukturiert, da sich die erste Cu-Schicht an die positive Ladung anpasst, was folglich zur Adsorption von Hydroxid-Ionen führt. Diese Oberflächenumstrukturierung ist eine Voraussetzung für die Fähigkeit von Cu(111), Kohlenmonoxid (CO) effizient zu CO2 zu oxidieren. Die Oberfläche des Cu-Katalysators wird während der CO-Elektrooxidation kontinuierlich umstrukturiert und es bilden sich nanometergroße Cu-Inseln. Die bevorzugte Bindung von CO an die unterkoordinierten Cu-Adatome führt zu einer einzigartigen Stabilisierung von hochenergetischen Clustern. Die beobachtete Änderung der Bindungsstärken der Reaktanten an den clusterartigen Vorsprüngen auf der Oberfläche erklärt die hohe Aktivität.
Während sich bei der CO-Oxidation diese Vorsprünge spontan unter Reaktionsbedingungen bilden, wurde in dieser Arbeit außerdem der Effekt einer gezielten Modifikation der obersten Cu(111)-Schicht mit Submonolagen an Cadmium, Nickelhydroxid und Kobalthydroxid untersucht. Das Verhalten aller drei modifizierten Elektroden wird weitgehend von den Eigenschaften von Cu(111) selbst beeinflusst. Laser-induzierte Potentialtransienten, die eine selektive Untersuchung der Wechselwirkung der Wassermoleküle an der Grenzfläche mit der Elektrodenoberfläche ermöglichen, zeigen, dass die Stärke des elektrischen Feldes dazu beitragen kann, die beobachtete Aktivität für die Wasserstoffentwicklungsreaktion im Alkalischen zu erklären.
Die vergleichenden Studien, die in dieser Arbeit vorgestellt werden, bieten neue Einblicke in das komplexe Zusammenspiel zwischen Morphologie, Struktur und Chemie an der elektrochemischen Grenzflache von Cu(111) und deren Auswirkungen auf die elektrokatalytische Aktivität.
Andrea Auer hat das Masterstudium Chemie 2016 an der Universität Innsbruck abgeschlossen. Für das Doktoratsstudium erhielt sie ein DOC-Stipendium der ÖAW und absolvierte Forschungsaufenthalte an der TU München (2018) und an der Universität von Alicante, Spanien (2021). Die Promotion im Fach Chemie erfolgte 2021 an der Universität Innsbruck. Seit Februar 2022 hat Andrea Auer eine Postdoc-Stelle an der Universität Regensburg, gefördert durch ein Stipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung.