Entwicklung einer neuartigen nanostrukturierten Komposit-Kathode zur photochemischen Wasserreduktion

Stipendiatin/Stipendiat: Julia Schneider

Das Ziel der angestrebten Promotion ist die Darstellung nanostrukturierter Elektroden für die einzelnen Reaktionen einer photolytischen Wasserspaltung. Von zentraler Bedeutung ist dabei die maßgeschneiderte Geometrie der Nanostruktur, an welcher die Umwandlung von Lichtenergie in den Brennstoff Wasserstoff effizient ermöglicht wird. Diese maßgeschneiderte, systematisch variable Geometrie der Elektrode beeinflusst die Lichtabsorption und die Transportprozesse innerhalb der Elektrode entscheidend. Ebenso wichtig bei der Entwicklung neuartiger Nanomaterialien für die Kathode ist ihre Untoxizität und die leichte Verfügbarkeit, weshalb als Basismaterialien Antimon(III)sulfid als intrinsischer Halbleiter und Lichtabsorber und Nickel(II)oxid als transparenter Elektronenleiter mit großer Bandlücke genutzt werden.Bisher lag der Fokus meiner Arbeit auf der Methodenentwicklung zur Darstellung der nanostrukturierten Membran als Basis der Photoelektrode. Diese wird durch die kontrollierte elektrochemische Oxidation von Aluminiumfolie in saurem Milieu dargestellt.Das Ergebnis der beiden direkt aufeinanderfolgenden Anodisationen ist eine Membran bestehend aus parallelen, zylindrischen Poren mit bestens einstellbarer Geometrie (Durchmesser D 20 – 400 nm, Länge L 0,5 – 100 µm).Die dargestellte Membran wird im Anschluss mittels Atomlagenabscheidung („ALD“, chemische Gasphasenabscheidung) beschichtet. An dieser Stelle ALD als Methode zu wählen, liegt an seiner Eignung auch poröse Substrate oberflächengetreu zu beschichten. Der ALD Prozess zeichnet sich durch die zu Grunde liegenden selbst-limitierenden Gas-Feststoffreaktionen zwischen Präkursoren und Reaktanten aus.Meine nächsten beiden Arbeitsschritte werden die Atomlagenabscheidung von dem p-Halbleiter Nickel(II)oxid (NiO) durch die Oxidation von Di(ethylcyclopentadienyl)Nickel ((EtCp)2Ni) mit Ozon (O3) als Reaktant sein. Die einzustellende Schichtdicke liegt bei ca. 20 nm. Anschließend wird das Antimon(III)sulfid (Sb2S3) als intrinsischer Lichtabsorber mittels ALD abgeschieden, wobei die Reaktion von Tri(Dimethylamid)Antimon (Me2N)3Sb mit Schwefelwasserstoff (H2S) als Reaktant zu Grunde liegt. Die angestrebte Schichtdicke beträgt ca. 10 nm. Die abschließend aufzubringende Platinschicht katalysiert die Wasserspaltungsreaktion. Elektrochemische Untersuchungen erfolgen mit Hilfe einer Testzelle.

Förderzeitraum:
01.09.2015 - 31.08.2019

Institut:
Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg
Naturwissenschaftliche Fakultät
Professur für Anorganische Chemie (ACII)

Betreuer:
Prof. Dr. Julien Bachmann

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