Ausgewählte Übergangsmetallboride und -silicide für die Sauerstoffentwicklungsreaktion

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Eisen- beziehungsweise Nickelboride sowie -silicide als Katalysatoren für die Sauerstoffentwicklungsreaktion untersucht. Zu den untersuchten Verbindungen gehören die phasenreinen Boride FeB, Fe₂B, Ni₂B und Ni₃B als auch die Silicide Ni₂Si, Ni₃₁Si₁₂, FeSi, Fe₅Si₃ und Fe₃Si. Darüber hinaus ließen sich Mischkristallreihen für einige Systeme herstellen. So konnten die festen Lösungen (Ni₁₋ₓFeₓ)₂B und (Co₁₋ₓFeₓ)₂B im Bereich 0 ≥x≥ 1, sowie (Ni₁₋ₓFeₓ)₃₁Si₁₂ und (Fe₁₋ₓMₓ)₃Si (M=Co, Mn, Ni) im Bereich 0 ≥x≥ 0,5 hergestellt werden. Im direkten Vergleich der Silicide mit den Boriden zeigte sich, dass die Mehrzahl der Silicide eine deutlich höhere Überspannung aufwies und damit katalytisch weniger aktiv war als die Boride. Dennoch zeigten einzelne Silicide ebenfalls sehr vielversprechende Ergebnisse. Es konnte erstmals an Siliciden gezeigt werden, dass die Überspannung durch Substitution des Metalls gesenkt werden und die OER-Aktivität somit gesteigert werden konnte. Sowohl bei den Siliciden als auch Boriden fallen vor allem nickelhaltige Proben durch eine hohe katalytische Aktivität auf. Neben pulverförmigen Proben wurden zusätzlich (Ni₁₋ₓFeₓ)₂B-Presslinge (0 ≥x≥ 0,5; x = 1) vermessen und mittels XPS vor nach der elektrochemischen Untersuchung charakterisiert. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit bestätigt werden, dass sowohl ausgewählte Silicide wie auch Boride vielversprechende Kandidaten für den Einsatz als OER-Katalysatoren darstellen und insbesondere mittels Substitution durch Übergangsmetalle deutlich optimiert werden können.

In this work, iron and nickel borides and silicides were investigated as catalysts for the oxygen evolution reaction. The compounds investigated include the phase-pure borides FeB, Fe₂B, Ni₂B and Ni₃B as well as the silicides Ni₂Si, Ni₃₁Si₁₂, FeSi, Fe₅Si₃ and Fe₃Si. In addition, solid solution series could be produced for some systems. Thus, the solid solutions (Ni₁₋ₓFeₓ)₂B and (Co₁₋ₓFeₓ)₂B in the range 0 ≥x≥ 1, and (Ni₁₋ₓFeₓ)₃₁Si₁₂ and (Fe₁₋ₓMₓ)₃Si (M=Co, Mn, Ni) in the range 0 ≥x≥ 0.5 could be prepared. A direct comparison of the silicides with the borides showed that the majority of the silicides exhibited a significantly higher overvoltage and were thus catalytically less active than the borides. Nevertheless, individual silicides also showed very promising results. It could be shown for the first time on silicides that the overvoltage could be lowered by substitution of the metal and the OER activity could thus be increased. In the case of both silicides and borides, samples containing nickel in particular stand out due to their high catalytic activity. In addition to powdered samples, (Ni₁₋ₓFeₓ)₂B compacts (0 ≥x≥ 0.5; x = 1) were measured and characterised by XPS before and after the electrochemical investigation. In summary, this work confirmed that both selected silicides and borides are promising candidates for use as OER catalysts and can be significantly optimised, particularly by substitution with transition metals.