Thesis - RWTH Aachen University

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1 Allgemeine Einleitung und Problemstellung
Als derzeit beste Katalysatoren für die Anodenreaktion sowohl in der PEMFC als auch
in der DMFC gelten bimetallische PtRu-Partikel mit einem Partikeldurchmesser von
unter 5 nm, die meist zur besseren Zugänglichkeit auf ein elektrisch leitfähiges Trägermaterial
aufgebracht sind. Sowohl durch die „klassische“ Boratreduktion als auch durch die reduktive
Stabilisierung sind solche PtRu-Partikel zugänglich. Deshalb wurden in Kapitel 5 ab Seite 72
die elektrochemischen Messungen an den entsprechenden Katalysatoren weitergeführt, um
das Potential in der H 2 /CO- und der Methanoloxidation in realen Brennstoffzellen abschätzen
zu können.
Das Precursor-Konzept erlaubt die gezielte Synthese bimetallischer und nicht bimetallischer
Katalysatoren variierender Metallzusammensetzung auf unterschiedlichen Trägermaterialien.
Somit konnten in Kapitel 6 (Seite 84 ff) die kontrovers diskutierten Fragen über das optimale
Pt/Ru-Verhältnis, den Einfluss des Mischgrades auf die H 2 /CO-Oxidation und den Einfluss
von oxidischen Trägermaterialien auf die Methanoloxidation durch gezielte
Katalysatorsynthese beantwortet werden.
Eine neue Klasse von Elektrokatalysatoren entsteht durch gezieltes Aufbringen geringer
Mengen von oxidischen (oder oxidierbaren) Spezies auf die Metalloberfläche eines
Katalysators, etwa Pt oder ein Pt-Bimetall. Deshalb sollte die Frage geklärt werden, inwieweit
Katalysatoren, bei denen die Platin- oder PtRu-Oberfläche mit geringen Mengen (wenigen %)
eines Oxids belegt sind, katalytische Aktivität aufweisen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden
am Sn-Oxid auf Platin beispielhaft die Synthese, Charakterisierung und die
elektrochemischen Eigenschaften solcher Katalysatoren untersucht (Kapitel 7, Seite 107 ff).
Durch Abänderung der Sn-Komponente bei der Herstellung (Übergang von Sn(but) 4 auf
Sn(me) 4 ) gelang die Synthese eines bimetallischen Pt 3 Sn-Kolloids aus einem vorgefertigten
Pt-Kolloid. Herstellung, Charakterisierung dieses Kolloids sowie die elektrochemischen
Eigenschaften des aus dieser Substanz gewonnen Katalysators werden ab Seite 153 in Kapitel
9 behandelt.
In Kapitel 8 ab Seite 136 wurde das in Kapitel 7 eingeführte Prinzip auch auf W, Al, Ga und
Zn als Oxidbildner ausgedehnt.
Bei der Synthese von Gold-Kolloiden durch Reaktion von AuBr 3 mit N(oct) 4 B(et) 3 H ergeben
sich Kolloide mit relativ großen Teilchendurchmessern in der Größenordnung von 10 nm.
Dadurch sind diese Partikel für einen effektiven Einsatz als Katalysatoren noch zu groß. Aus
diesem Grund wurde in Kapitel 10 (Seite 165 ff) die Synthese von N(oct) 4 X-stabilisierten
Kolloiden mit Teilchengrößen von 5 nm und kleiner untersucht, die als Ausgangspunkt für
goldhaltige Anodenkatalysatoren dienen können. Weiterhin sollte durch Aufbringen von Au-
Kolloiden auf TiO 2 Katalysatoren mit nur schwachen Metall-Oxid-Wechselwirkungen
entstehen. Der Test solcher Materialien in der CO-Oxidation sollte den Einfluss dieser
Wechselwirkungen auf die katalytische Aktivität aufzeigen.