Abstrakt

Quantenchemische Untersuchung der Wasserstoffentwicklung bei der galvanischen Abscheidung von Kobalt

Agnieszka Franczak, Frédéric Bohr, Alexandra Levesque und Jean-Paul Chopart

Die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) tritt bei der elektrochemischen Kobaltabscheidung in einer Wasserlösung stets als sekundärer Prozess auf. Dadurch können der pH-Wert an der Elektroden-/Elektrolyt-Grenzfläche sowie die Kinetik und der Mechanismus der elektrochemischen Kobaltabscheidung verändert werden. Dies kann zu starken Auswirkungen auf das Ablagerungswachstum und zur Bildung einer porösen Struktur führen. Eine Studie auf der Grundlage der Dichtefunktionaltheorie (DFT) wurde zur Lösung struktureller Probleme im Zusammenhang mit den in-situ (elektrochemischen) Röntgenbeugungsmustern (XRD) einer gut definierten Co-Elektrodenoberfläche in einer Wassersulfatlösung verwendet. Grundlegende Konzepte besagen, dass H- und H+-Kationen die wahrscheinlichsten Bestandteile der kompakten Schicht sind. Die Adsorption von Wasserstoff an gespannten, sauberen Co-Oberflächen wurde mithilfe von DFT-basierten Berechnungen untersucht. Beide Arten der kristallographischen Co-Struktur, die hexagonal dicht gepackte und die kubisch-flächenzentrierte, wurden berücksichtigt, da sie in den XRD-Ergebnissen auftraten. Die Berechnungen wurden für vier hkl-Ebenen von kubischem Co: (100), (110), (111) und (220) und vier hkl-Ebenen von hexagonalem Co: (100), (110), (101) und (011) durchgeführt. Die Quantenberechnungen unterschieden zwischen stabileren und weniger stabilen Co-Oberflächen für die Wasserstoffadsorption. Unter Berücksichtigung der Eads für jede kristallografische Ebene wird die Bildung der Co-Struktur während der elektrochemischen Verarbeitung diskutiert.