Laser assisted electrodeposition of copper-platinum alloys for electrocatalytic applications

The present work investigates the laser assisted electrodeposition of a copper-platinum alloy. Laser assisted deposition techniques are of great practical relevance due to their enhanced growth rates and the possibility to pattern the deposit. The latter aspect is fundamental for many aesthetic and functional applications. The experimentation started with the formulation of the electrolytes, then proceeded with the choice of the laser setup and of the operating parameters. The copper-platinum alloy was deposited using a wide range of working conditions to explore the effect of metals ions concentration, laser speed, power and other parameters on the composition, morphology and phase structure of the resulting alloys. From the applicative point of view, the copper-platinum alloys obtained via laser assisted electrodeposition were applied to the electrochemical production of hydrogen. Hydrogen Evolution Reaction (HER) is a critical process in electrochemical energy conversion, and the development of efficient and cost-effective electrocatalysts is essential for advancing hydrogen production technologies. Consequently, the electrochemical performances of Cu-Pt alloy electrodes towards HER were evaluated. The results demonstrated that CuPt alloys exhibit good catalytic activity due to the synergistic interaction between Cu and Pt. The Tafel slope analysis confirmed that CuPt possesses superior HER kinetics compared to pure Cu and SS, while the overpotential and current density measurements indicated that CuPt approaches the performance of pure Pt. The electrochemical behaviour of CuPt, characterized by efficient charge transfer and lower energy requirements, suggests its potential as a cost-effective alternative to pure Pt for hydrogen evolution applications.

Il presente lavoro esamina l'elettrodeposizione assistita da laser di una lega rame-platino. Le tecniche di deposizione assistita da laser sono di grande rilevanza pratica grazie ai loro elevati tassi di crescita e alla possibilità di modellare il deposito. Quest'ultimo aspetto, in particolare, è fondamentale per molte applicazioni estetiche e funzionali. La sperimentazione è iniziata con la formulazione degli elettroliti, quindi è proseguita con la scelta del setup laser e dei parametri operativi. La lega rame-platino è stata depositata utilizzando un'ampia gamma di condizioni di lavoro al fine di esplorare l'effetto della concentrazione di ioni metallici, della velocità del laser, della potenza e di altri parametri sulla composizione, morfologia e struttura di fase delle leghe risultanti. Dal punto di vista applicativo, le leghe rame-platino ottenute tramite elettrodeposizione assistita da laser sono state applicate alla produzione elettrochimica di idrogeno. La reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER) è un processo critico nella conversione elettrochimica dell'energia e lo sviluppo di elettrocatalizzatori efficienti e convenienti è essenziale per far progredire le tecnologie di produzione dell'idrogeno. Di conseguenza, sono state valutate le prestazioni elettrochimiche degli elettrodi in lega Cu-Pt nei confronti dell’HER. I risultati hanno dimostrato che le leghe CuPt mostrano una buona attività catalitica grazie all'interazione sinergica tra Cu e Pt. L'analisi della pendenza di Tafel ha confermato che il CuPt possiede una cinetica HER superiore rispetto a Cu e SS puri, mentre le misurazioni del sovrapotenziale e della densità di corrente hanno indicato che il CuPt si avvicina alle prestazioni del Pt puro. Il comportamento elettrochimico di CuPt, caratterizzato da un efficiente trasferimento di carica e da minori requisiti energetici, suggerisce il suo potenziale come alternativa conveniente al Pt puro per applicazioni di evoluzione dell'idrogeno.