Die alkalische Elektrolyse (AEL) ist eine wichtige Technologie zur Produktion von grünem Wasserstoff durch die Spaltung von Wasser. In der vorliegenden Arbeit wurden unterschiedliche Methoden zur Herstellung von funktionalisierten Elektroden und deren Einflüsse auf die Aktivitäten in der AEL untersucht. Dabei wurden unteranderem Metallsubstrate in Gemischen aus unterschiedlichen Übergangsmetallionen mit metallorganischen Gerüstverbindungs-(MOF)-Linkern in einem Konvektions- und einem Mikrowellenofen erhitzt, sodass MOF-Strukturen auf den Substraten ausgebildet wurden. Durch die Anwendung von Mikrowellenstrahlung konnte eine neuartige Synthese gezeigt werden, die die Synthesezeit von mehreren Stunden auf wenige Minuten reduziert. Darüber hinaus wurde eine neuartige Synthese von MOFs auf unedlen Metallsubstraten vorgestellt, wodurch die Synthesekosten erheblich reduziert werden konnten und eine erhöhte Aktivität erreicht wurde.
Alkaline electrolysis (AEL) is an important technology for the production of green hydrogen through the splitting of water. In this study, various methods for the fabrication of functionalized electrodes and their influences on activities in AEL were investigated. Among other approaches, metal substrates were heated in mixtures of different transition metal ions with metal-organic framework (MOF) linkers in both a convection oven and a microwave oven, resulting in the formation of MOF structures on the substrates. The application of microwave radiation demonstrated a novel synthesis, reducing the synthesis time from several hours to a few minutes. Furthermore, a novel synthesis of MOFs on base metal substrates was introduced, significantly reducing synthesis costs and achieving enhanced activity.
Interest in alternative and renewable fuels has surged due to global energy resource depletion and environmental concerns. Hydrogen is recognized as a sustainable, green fuel for the future. Photoelectrochemical (PEC) water splitting is a key technology for converting and storing solar energy as hydrogen. This research aimed to advance oxide-based semiconductor photoanodes for the water oxidation reaction in PEC, focusing on WO3-based ternary metal oxides, particularly CuWO4/WO3 composite photoanode. These materials have a narrow band gap, enabling efficient visible light absorption and stability in neutral pH. A hydrothermal method was used to synthesize CuWO4/WO3 films, optimizing their morphology and PEC performance. The study also enhanced the efficiency of CuWO4/WO3 films by adding NiCo-layered double hydroxide (NiCo-LDH) catalysts. This modification improved photon-to-current efficiency, shifted the photocurrent onset, and increased photocurrent density, attributed to better reactant diffusion and proton-coupled electron transfer.
Das Interesse an alternativen und erneuerbaren Kraftstoffen hat sich aufgrund der Erschöpfung der weltweiten Energieressourcen und Umweltbedenken. Wasserstoff ist als nachhaltiger, grüner Kraftstoff für die Zukunft anerkannt. Photoelektrochemische (PEC) Wasserspaltung ist eine Schlüsseltechnologie für die Umwandlung und Speicherung von Sonnenenergie in Wasserstoff umzuwandeln und zu speichern. Ziel dieser Forschung war es, oxidbasierte Halbleiteranoden für die Wasseroxidationsreaktion in der PEC zu entwickeln, wobei der Schwerpunkt auf WO3-basierten ternäre Metalloxide, insbesondere CuWO4/WO3-Verbundphotoanoden. Diese Materialien haben eine schmale Bandlücke, die eine effiziente Absorption von sichtbarem Licht Absorption und Stabilität bei neutralem pH-Wert. Eine hydrothermale Methode wurde verwendet, um CuWO4/WO3-Filme zu synthetisieren und ihre Morphologie und und die PEC-Leistung. Die Studie verbesserte auch die Effizienz von CuWO4/WO3 Filme durch Zugabe von NiCo-Doppelhydroxid-Katalysatoren (NiCo-LDH). Diese Modifikation verbesserte die Photonen-zu-Strom-Effizienz, verschob den verschoben und die Photostromdichte erhöht, was auf eine bessere Reaktandendiffusion Diffusion und protonengekoppelten Elektronentransfer zurückzuführen ist.
