Plasma-enhanced chemical vapor deposition of cobalt-based catalysts for the oxygen evolution reaction

In this thesis a plasma-enhanced chemical vapor deposition system has been installed to synthesize transition metal oxide/hydroxide flms as catalysts for the oxygen evolution reaction (OER). First, the infuence of various deposition parameters like the substrate temperature, the operation mode (thermal vs. plasma) and the type of reactive gas (oxygen vs. air) on the electrochemical activity has been investigated in detail for single metal oxide/hydroxide flms. It turned out, that especially the choice of reactive gas has a great impact on the resulting oxidation state and surface composition. While CoOx(OH)y flms were deposited when air was used as a reactive gas, the use of oxygen as a reactive gas lead to the deposition of CoOx. By measuring XPS from before and after the electrochemical characterization, a correlation between the change of oxidation state and the resulting electrochemical activity has been identifed. Finally, Co-based bimetallic catalysts, CoMOx and CoMOx(OH)y (M=Ni, Fe, Cu), were deposited and the effect of the admixture of the second metal on the electronic structure and activity was studied.

In dieser Arbeit wurde eine Anlage zur plasma-gestützten Gasphasenabscheidung von Übergangsmetalloxiden/ -hydroxiden als Katalysatoren für die Sauerstoffentwicklung konstruiert. Als erstes wurde der Einfuss verschiedener Abscheideparameter wie der Substrattemperatur, dem Betriebsmodus (thermisch vs. Plasma) und der Wahl des Reaktivgases (Sauerstoff vs. Luft) auf die elektrochemische Aktivität von reinen Metalloxid/-hydroxid Schichten untersucht. Es stellte sich heraus, dass vor allem die Wahl des Reaktivgases einen großen Einfuss auf die resultierende Oxidationsstufe und die Oberflächenzusammensetzung hat. Während mit Luft CoOx(OH)y Schichten abgeschieden wurden, führte die Verwendung von Sauerstoff zur Abscheidung von CoOx Schichten. Durch die XPS Untersuchung der Proben vor und nach der elektrochemischen Charakterisierung konnte eine Korrelation zwischen der Änderung des Oxidationszustandes und der resultierenden Aktivität identifiziert werden. Zum Schluss wurden Co-basierte bimetallische Katalysatoren, CoMOx and CoMOx(OH)y (M=Ni, Fe, Cu), abgeschieden und der Effekt des Zweitmetalls auf die elektronische Struktur und Aktivität studiert.