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Assessing optical and electrical properties of highly active IrOx catalysts for the electrochemical oxygen evolution reaction via spectroscopic ellipsometry

  • Efficient water electrolysis requires highly active electrodes. The activity of corresponding catalytic coatings strongly depends on material properties such as film thickness, crystallinity, electrical conductivity, and chemical surface speciation. Measuring these properties with high accuracy in vacuum-free and nondestructive methods facilitates the elucidation of structure−activity relationships in realistic environments. Here, we report a novel approach to analyze the optical and electrical properties of highly active oxygen evolution reaction (OER) catalysts via spectroscopic ellipsometry (SE). Using a series of differently calcined, mesoporous, templated iridium oxide films as an example, we assess the film thickness, porosity, electrical resistivity, electron concentration, electron mobility, and interband and intraband transition energies by modeling of the optical spectra. Independently performed analyses using scanning electron microscopy, energy-dispersive X-rayEfficient water electrolysis requires highly active electrodes. The activity of corresponding catalytic coatings strongly depends on material properties such as film thickness, crystallinity, electrical conductivity, and chemical surface speciation. Measuring these properties with high accuracy in vacuum-free and nondestructive methods facilitates the elucidation of structure−activity relationships in realistic environments. Here, we report a novel approach to analyze the optical and electrical properties of highly active oxygen evolution reaction (OER) catalysts via spectroscopic ellipsometry (SE). Using a series of differently calcined, mesoporous, templated iridium oxide films as an example, we assess the film thickness, porosity, electrical resistivity, electron concentration, electron mobility, and interband and intraband transition energies by modeling of the optical spectra. Independently performed analyses using scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, ellipsometric porosimetry, X-ray reflectometry, and absorption spectroscopy indicate a high accuracy of the deduced material properties. A comparison of the derived analytical data from SE, resonant photoemission spectroscopy, X-ray absorption spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy with activity measurements of the OER suggests that the intrinsic activity of iridium oxides scales with a shift of the Ir 5d t2g sub-level and an increase of p−d interband transition energies caused by a transition of μ1-OH to μ3-O species.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:René SachseORCiD, Mika Pfüger, Juan-Jesús Velasco-Vélez, Mario Sahre, Jörg RadnikORCiD, Michael Bernicke, Denis Bernsmeier, Vasile-Dan HodoroabaORCiD, Michael Krumrey, Peter Strasser, Ralph Kraehnert, Andreas HertwigORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):ACS Catalysis
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse
6 Materialchemie / 6.7 Materialsynthese und Design
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:American Chemical Society
Jahrgang/Band:10
Ausgabe/Heft:23
Erste Seite:14210
Letzte Seite:14223
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Complementary methodology and metrology; Electrocatalysis; Intrinsic OER activity; Mesoporous iridium oxide films; Non-destructive ambient analysis; Oxygen evolution reaction; Spectroscopic ellipsometry
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Energie
Material
Material / Nano
DOI:10.1021/acscatal.0c03800
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-516288
ISSN:2155-5435
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International
Datum der Freischaltung:25.11.2020
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:04.02.2021
Paper des Monats:Ja
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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