TY - JOUR A1 - Wetzel, Annica A1 - Morell, Daniel A1 - von der Au, Marcus A1 - Wittstock, Gunther A1 - Özcan Sandikcioglu, Özlem A1 - Witt, Julia T1 - Transpassive Metal Dissolution vs. Oxygen Evolution Reaction: Implication for Alloy Stability and Electrocatalysis T1 - Transpassive Metallauflösung vs. Sauerstoffentwicklung: Auswirkungen auf Legierungsstabilität und Elektrokatalyse N2 - Multi-principal element alloys (MPEAs) are gaining interest in corrosion and electrocatalysis research due to their electrochemical stability across a broad pH range and the design flexibility they offer. Using the equimolar CrCoNi alloy, we observe significant metal dissolution in a corrosive electrolyte (0.1 M NaCl, pH 2) concurrently with the oxygen evolution reaction (OER) in the transpassive region despite the absence of hysteresis in polarization curves or other obvious corrosion indicators. We present a characterization scheme to delineate the contribution of OER and alloy dissolution, using scanning electrochemical microscopy (SECM) for OER-onset detection, and quantitative chemical analysis with inductively coupled-mass spectrometry (ICP-MS) and ultraviolet visible light (UV-Vis) spectroscopy to elucidate metal dissolution processes. In-situ electrochemical atomic force microscopy (EC-AFM) revealed that the transpassive metal dissolution on CrCoNi is dominated by intergranular corrosion. These results have significant implications for the stability of MPEAs in corrosion systems, emphasizing the necessity of analytically determining metal ions released from MPEA electrodes into the electrolyte when evaluating Faradaic efficiencies of OER catalysts. The release of transition metal ions not only reduces the Faradaic efficiency of electrolyzers but may also cause poisoning and degradation of membranes in electrochemical reactors. N2 - Multi-Hauptelement-Legierungen (MPEAs) gewinnen in der Korrosions- und Elektrokatalyseforschung aufgrund ihrer elektrochemischen Stabilität über einen breiten pH-Bereich und der Vielfalt der möglichen chemischen Zusammensetzungen zunehmend an Interesse. In unseren Untersuchungen mit der äquimolaren CrCoNi-Legierung in einem sauren Elektrolyten (0.1 M NaCl, pH 2) beobachteten wir eine signifikante Metallauflösung, die mit der Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) im transpassiven Bereich einhergeht, obwohl in zyklischen Polarisationskurven keine Hysterese auftrat oder andere offensichtliche Korrosionsindikatoren vorlagen. In diesem Artikel wird ein Charakterisierungskonzept eingeführt, dass die Beiträge der OER und der Legierungsauflösung differenziert. Hierfür kommt die elektrochemische Rastermikroskopie (SECM) zum Nachweis des Beginns der OER und die quantitative chemische Analyse mit induktiv gekoppelter Massenspektrometrie (ICP-MS) und UV/Vis-Spektrometrie zur Aufklärung der Metallauflösungsprozesse zum Einsatz. Die elektrochemische In situ-Atomkraftmikroskopie (EC-AFM) zeigte, dass die intergranulare Korrosion der dominierende Mechanismus der transpassive Metallauflösung von CrCoNi ist. Diese Ergebnisse besitzen erhebliche Auswirkungen für die Beurteilung der Stabilität von MPEAs in Korrosionssystemen und der Stromausbeute von OER-Katalysatoren auf der Basis von MPEAs. Die Daten unterstreichen die Notwendigkeit der analytischen Bestimmung von Metallionen, die von MPEA-Elektroden freigesetzt werden. Die Freisetzung von Übergangsmetallionen verringert nicht nur die Stromausbeute von Elektrolyseuren, sondern kann zu einer Schädigung von Membranen in elektrochemischen Reaktoren führen. KW - Transpassive dissolution KW - Corrosion KW - Multi-prinicpal element alloys (MPEAs) KW - Passivation PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-597045 DO - https://doi.org/10.1002/anie.202317058 SP - 1 EP - 8 PB - Wiley VHC-Verlag AN - OPUS4-59704 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wetzel, Annica A1 - Morell, Daniel A1 - von der Au, Marcus A1 - Witt, Julia A1 - Özcan Sandikcioglu, Özlem T1 - Transpassive Behavior of Equimolar CrMnFeCoNi and CrCoNi Multi‐Principal Element Alloys in an Alkaline NaCl Electrolyte N2 - AbstractWe investigated the corrosion properties and transpassive behavior of CrMnFeCoNi and CrCoNi multi‐principal element alloys (MPEAs) in a 0.1 M NaCl electrolyte at pH 12. By using SECM‐based tip substrate voltammetry (TSV) in combination with the chemical analysis of the electrolyte, we were able to differentiate between anodic metal dissolution and oxygen evolution in the transpassive range. Our investigations have shown that CrCoNi has a significantly higher corrosion resistance compared to CrMnFeCoNi. In the studied alkaline environment, a transpassive oxide film is formed on the surface of CrCoNi during secondary passivation. This transpassive oxide film appears to play a significant role in oxygen evolution, as the increase in TSV currents at the microelectrode coincides with the corresponding current density plateau of the voltametric current trace. The formation of the transpassive oxide film was not observed in previous studies conducted in acidic environments. Moreover, the alkaline electrolyte induced a positive hysteresis and mild pitting corrosion, in addition to intergranular corrosion, which was the sole corrosion process observed at acidic pH levels. These findings enhance the understanding of the processes governing the transpassivity of CrMnFeCoNi and CrCoNi MPEAs in alkaline environments and have potential implications for the development of application‐tailored corrosion‐resistant MPEAs. KW - Multi-principal element alloys KW - MPEA KW - Corrosion KW - Oxygen evolution reaction KW - Transpassive region PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-611594 DO - https://doi.org/10.1002/celc.202400346 SN - 2196-0216 SP - 1 EP - 9 PB - Wiley AN - OPUS4-61159 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -