Weissmüller, JörgJörgWeissmüller10512915770000-0002-8958-4414Wu, XinyanXinyanWu2025-09-042025-09-042025Technische Universität Hamburg (2025)https://hdl.handle.net/11420/57139This study investigates the impact of elastic strain on platinum electrode surfaces and its effects on both the adsorption of reactants and the electrocatalytic oxidation of methanol in alkaline solutions. By exploring the coupling between external mechanical modulation and electrocatalytic activity, the research aims to uncover how strain influences both the reaction currents (Faraday currents) and the adsorption enthalpy of methanol and its intermediates. To explore this coupling effect, two experimental approaches are employed. First, the impact of surface strain on adsorption enthalpy is assessed through surface stress variations, measured via cantilever bending experiments. Second, the strain effect on the overall reaction current is examined using Dynamic Electro-Chemo-Mechanical Analysis (DECMA). Here, a lock-in technique is utilized to capture strain-modulated reaction currents, quantifying them as functions of the applied potential. The study also discusses the role of uncompensated resistance in parameter adjustments, which is crucial for accurately interpreting the intrinsic coupling between externally applied strain and reaction currents on platinum thin film electrode surfaces. Methanol oxidation reaction (MOR) is selected as the model system due to its importance in various industrial applications, including fuel cells and chemical production. To gain a deeper understanding of the complex electrocatalytic processes involved in MOR, classical electrochemical characterization techniques are employed, such as cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). These techniques are applied under different parameters and methanol concentrations to capture a comprehensive view of the reaction mechanisms. The findings reveal that external strain significantly influences the methanol oxidation current. Tensile strain enhances reactivity at low overpotentials, while compressive strain becomes more effective at higher overpotentials, a condition more typical in practical applications. However, the adsorption enthalpy of methanol exhibits negligible dependence on strain, suggesting that the observed changes in electrocatalytic activity are not primarily driven by alterations in methanol adsorption strength. These insights underscore the importance of considering strain effects in the design of high-performance electrocatalysts. Understanding and quantifying how mechanical strain impacts overall reaction rates provides valuable guidance for developing more efficient catalytic materials.Diese Studie untersucht den Einfluss elastischer Dehnung auf Platin-Elektrodenoberflächen sowie deren Auswirkungen sowohl auf die Adsorption von Reaktanden als auch auf die elektrokatalytische Oxidation von Methanol in alkalischen Lösungen. Durch die Analyse der Kopplung zwischen äußerer mechanischer Modulation und elektrokatalytischer Aktivität soll aufgeklärt werden, wie Dehnung sowohl die Reaktionsströme (Faraday-Ströme) als auch die Adsorptionsenthalpie von Methanol und seinen Zwischenprodukten beeinflusst. Zur Untersuchung dieses Kopplungseffekts werden zwei experimentelle Ansätze verfolgt. Erstens wird der Einfluss der Oberflächendehnung auf die Adsorptionsenthalpie anhand von Änderungen der Oberflächenspannung ermittelt, die mittels Cantilever-Biegeversuchen gemessen werden. Zweitens wird der Dehnungseffekt auf den Gesamtreaktionsstrom mithilfe der Dynamic Electro-Chemo-Mechanical Analysis (DECMA) untersucht. Dabei kommt eine Lock-in-Technik zum Einsatz, um dehnungsmodulierte Reaktionsströme zu erfassen und diese als Funktionen des angelegten Potentials zu quantifizieren. Zudem wird die Rolle des nichtkompensierten Widerstands bei der Parametereinstellung diskutiert, die entscheidend für eine präzise Interpretation der intrinsischen Kopplung zwischen äußerer Dehnung und Reaktionsströmen auf Platin-Dünnfilm-Elektrodenoberflächen ist. Die Methanoloxidationsreaktion (MOR) wird als Modellsystem ausgewählt, da sie in verschiedenen industriellen Anwendungen, einschließlich Brennstoffzellen und chemischer Produktion, von großer Bedeutung ist. Um ein tieferes Verständnis der komplexen elektrokatalytischen Prozesse in der MOR zu erlangen, werden klassische elektrochemische Charakterisierungsmethoden wie Zyklovoltammetrie (CV) und elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) eingesetzt. Diese Techniken werden unter variierenden Parametern und Methanolkonzentrationen angewandt, um ein umfassendes Bild der Reaktionsmechanismen zu gewinnen. Die Ergebnisse zeigen, dass äußere Dehnung den Methanoloxidationsstrom erheblich beeinflusst. Zugdehnung steigert die Reaktivität bei niedrigen Überspannungen, während Druckdehnung bei höheren Überspannungen, wie sie in praktischen Anwendungen häufiger auftreten, effektiver ist. Die Adsorptionsenthalpie von Methanol weist hingegen kaum Abhängigkeit von der Dehnung auf, was darauf hindeutet, dass die beobachteten Veränderungen in der elektrokatalytischen Aktivität nicht primär durch Modifikationen der Methanol-Adsorptionsstärke verursacht werden. Diese Erkenntnisse unterstreichen die Bedeutung der Berücksichtigung von Dehnungseffekten beim Design leistungsfähiger Elektrokatalysatoren. Das Verständnis und die Quantifizierung der Auswirkungen mechanischer Dehnung auf die Gesamtreaktionsraten liefern wertvolle Hinweise für die Entwicklung effizienterer Katalysatormaterialien.enhttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/methanol oxidation reactionelectrochemo-mechanical couplingPlatinum thin filmNatural Sciences and Mathematics::540: ChemistryTechnology::620: EngineeringDoctoral Thesishttps://doi.org/10.15480/882.1581410.15480/882.15814Huber, PatrickPatrickHuberOther