Towards surface enlarged diamond materials : creation of surface enlarged diamond electrodes for electrochemical energy applications Zusammenfassung: Driven by the demand for energy generation and storage systems in portable devices electrical vehicles and renewable energy for power grids the past decades have seen a tremendous amount of research on the topic of energy storage and conversion. Devices such as supercapacitors and fuel cells have been intensively investigated. Since energy is either con verted or stored at the electrolyte electrode interface an important issue for these electrochemical power sources is to enlarge the effective surface area of the working electrode. For this purpose sp2 carbon based materials especially activated carbon have been widely used in both scientific researches and commercially available products. For this kind of materials two aspects may be improved. One is the small working potential window in aqueous solutions (~ 1 V) which limits the energy storage. Another is the low stability especially towards oxidation. Boron doped diamond is an electrode material with extreme stability and a wide window of usable potentials even in aqueous solutions. Together with other unrivaled physical and chemical properties diamond has attracted extensive electrochemical research since 1990s. However the typical planar diamond electrode has a low surface area which limits its applicability for energy conversion and storage. There has been successful scientific development of nanostructured diamond with enhanced surface areas but the state of the art technology remains limited regarding the achievable surface enhancement factor. The fabrication of nanostructured boron doped diamond almost solely depends on reactive ion etching. This method generates vertical structures with a limited aspect ratio and therefore a maximum achievable surface enhancement factor in the range of 10 – 50 which is insufficient for energy applications. The electrochemical applications of these nanostructured electrodes remain limited to electrochemical sensing. Their application in energy related topics has rarely been reported. This thesis introduces an alternative and scalable bottom up approach for the fabrication of surface enlarged diamond electrodes which is capable of producing significantly higher surface enhancements. The potential of these electrodes is investigated in two exemplary energy applications which profit from the achieved surface enhancement. This thesis begins with state of the art diamond nanostructuring techniques i.e. plasma assisted reactive ion e ... Zusammenfassung: Aufgrund des immer dringenderen Bedarfs an Energiespeicher und Energiewandlungssystemen für mobile Elektronik für Elektrofahrzeuge und für die Stromnetze hat die Forschung an Speicherung und wandlung von Energie in den letzten Jahrzenten enorm an Bedeutung gewonnen. Systeme wie Superkondensatoren und Brennstoffzellen wurden intensiv erforscht. Derartige Technologien beruhen auf Energiespeicherung wandlung an einer Grenzfläche zwischen einer Elektrode und einem Elektrolyten. Aus diesem Grund ist die Erhöhung der Elektrodenoberfläche ein Primärziel dieser Forschung. Hierbei sind sp2 kohlenstoffbasierte Materialien dominierend allen voran Aktivkohle sowohl in der Forschung als auch in kommerziellen Produkten. Für diese Materialklasse besteht jedoch in zwei wesentlichen Punkten Bedarf für Verbesserung. Zum einen wird die pro Oberflächeneinheit speicherbare Energie durch das enge nutzbare Spannungsfenster in wässrigen Elektrolyten (~ 1 V) begrenzt. Zum anderen ist Aktivkohle besonders unter oxidativen Bedingungen anfällig für Korrosion.Bordotierter Diamant hat im Gegensatz dazu ein breites Spannungsfenster auch in wässrigen Elektrolyten und ist extrem korrosionsstabil. Von allen bekannten Elektrodenmaterialien hebt sich leitfähiger Diamant seit den 1990er Jahren besonders wegen seiner unerreichten physikalischen und chemischen Eigenschaften ab. Die typische planare Diamantelektrode hat jedoch eine begrenzte Oberfläche was deren Anwendung in Energiesystemen entgegen steht. Es wurden zwar bereits nanostrukturierte Diamantelektroden entwickelt diese bleiben aber in der erreichbaren Oberflächenvergrößerung beschränkt. Deren Herstellung beruht auf Plasmaätzen welches vertikale Strukturen erzeugt. Das maximale Seitenverhältnis dieser Strukturen ist technologisch limitiert was die erreichbare Oberflächenvergrößerung auf den Faktor 10 – 50 begrenzt ein Wert der für elektrochemische Energiesysteme unzureichend ist. Elektrochemische Anwendungen dieser Elektroden bleiben daher auf Sensoranwendungen beschränkt. Diese Arbeit stellt einen alternativen und skalierbaren Ansatz zur Herstellung von Diamantelektroden vor der in der Lage ist eine signifikant höhere Oberflächenvergrößerung zu erreichen. Die damit hergestellten Elektroden wurden auf ihr Potential in zwei Beispielanwendungen aus den Bereichen Energiespeicherung und Energiewandlung untersucht die direkt von einer vergröße ...