Using Light to Probe Surface Electrochemical Processes

Kemiska reaktioner drivna av en ström eller som producerar en ström heter elektrokemiska reaktioner och finns överallt omkring oss, ta bara till exempel ett batteri, här produceras en ström som kan driva till exempel din mobiltelefon. Förståelsen för dessa kemiska reaktioner och hur de påverkar den yta där reaktionerna sker är därför viktig. Det är också viktigt att förstå hur olika strukturer reagerar på den kemiska reaktionen då ett material kan ha många olika strukturer på sin yta samtidigt. Ett område som har fått stor betydelse är just elektrokatalys, där reaktionen vattendelning är av intresse och guld är ett av de material som kan användas som katalysator för att driva reaktionen. Denna reaktion kan användas för att producera väte till bränsleceller, en nödvändig utveckling för att skifta världens energikällor till förnybara. Ett annat viktigt område är produktionen av nanotrådar och nano partiklar då de har många användningsområden, i allt ifrån sensorer och katalysatorer till något så simpelt som att färga aluminiumprodukter. Undersökningar med hjälp av röntgenstrålning och synligt ljus kan ge en ökad
förståelsen för olika elektrokemiska processer, var till exempel oxidering av en yta eller hur nanotrådar växer inuti en ordnad struktur kan studeras under reaktionens gång.

I denna avhandling har potentialen av att använda 2D-SOR, ett optiskt reflektants mikroskop, för att undersöka yt-elektrokemiska reaktioner påvisats. Denna teknik kan detektera förändringar i en ytas reflektans då elektrokemiska reaktioner sker. Även möjligheten att visualisera olika strukturer i materialen med denna teknik är av stor nytta. Guld har även studerats i djupare utsträckning i denna avhandling för att få en bättre förståelse av dess yt-förändringarna då det oxiderar och då syreproduktion sker på dess yta. Nanotråds växt inuti porös aluminiumoxid har
också studerats i denna avhandling, vilket gav både kunskap om hur nanotrådarna växte och hur den porösa aluminiumoxiden i vilken de växte påverkade nanotrådarna.

Denna avhandling är del av Röntgen-Ångström projektet HEXCHEM (In situ High Energy X-ray Diffraction from Electrochemical interfaces). Detta projekt är ett samarbete mellan tyska och svenska forskningsgrupper som fokuserar på att använda synkrotron (röntgen) experiment för att studera elektrokemiska ytprocesser. Denna avhandling bidrar till detta projekt genom sina studier av nanotrådsväxt i porös aluminiumoxid, sin användning av optisk reflektans för att följa yt-förändringar kombinerat med röntgendiffraktion för att få kompletterande atomisk kunskap om reaktionen, samt studier av guld under elektrokatalytiska reaktioner.