Entwicklung einer elektrooptischen Hochdurchsatzscreeningmethode zur Entdeckung neuer Anodenkatalysatoren für die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC)

Abstract

Basierend auf den Arbeiten von Reddington konnte ein elektrooptisches Hochdurchsatzscreeningsystem zur fluoreszenzbasierten Testung von Pulvermaterialien hinsichtlich ihrer Aktivität für die Elektrooxidation von Methanol etabliert und validiert werden. Das entwickelte Arbeitselektrodenarraydesign, mit einer Aufnahmefähigkeit von 60 Materialien, ermöglichte eine leistungsfähige Quantifizierung der mittels eines monochromen Kamerasystems detektierten Fluoreszenzentwicklungen über den einzelnen Katalysatorpräparationen, die über eine eigens entwickelte Beschichtungsroutine hergestellt wurden. Durch die Entwicklung einer Softwarelösung konnte, neben einer vollständigen Automatisierung des Messablaufs in der Verarbeitung der bildbasierten Daten, der Datenauswertung und der Datenvisualisierung ein Höchstgrad an Automatisierung erreicht werden. Im Hochdurchsatzscreening, in dem sowohl edelmetallfreie als auch edelmetallhaltige Verbindungen berücksichtigt wurden, konnten Materialien mit vermindertem Pt-Gehalt identifiziert und mittels CV hinsichtlich ihrer Methanolelektrooxidationsaktivität validiert werden.

Based on the work of Reddington an electrooptical high throughput method for the fluorescence-based screening of powder materials towards their methanol electrooxidation activity was established and validated. The efficient quantification of the fluorescence development detected with a monochromic camera system over up to 60 materials in parallel was faciliated by the developed design of the working electrode array. The electrode preparations needed were obtained by a specially tailored coating routine. A high automation of the test sequence was obtained by the development of a software solution for an automated image processing followed by a fully automated data analysis and -visualisation. The high troughput screening, including precious metal-free and precious metal-containing materials, led to the identification of active compounds with a low Pt content. Validation of the methanol electrooxidation activity was accomplished by cyclic voltammetry.