Transpassive Metallauflösung vs. Sauerstoffentwicklung: Auswirkungen auf Legierungsstabilität und Elektrokatalyse

Abstract

AbstractMulti‐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.