HZB an neuem SFB zu Metalloxid-Wasser-Systemen beteiligt
Dr. Bernd Winter in der Experimentierhalle von BESSY II. Foto: Stephan Thürmer
Ein Forschungsteam vom HZB ist am neuen Sonderforschungsbereich „Molekulare Einblicke in Metalloxid/Wasser-Systeme“ beteiligt, der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft ab sofort gefördert wird. Dr. Bernd Winter von der Nachwuchsgruppe um Prof. Dr. Emad Aziz wird dabei Metallionen und Metall-Oxid-Komplexe in wässriger Lösung an BESSY II untersuchen.
Dazu verwenden die Forscher einen flüssigen Mikrojet im Vakuum, der es erlaubt, wässrige Lösungen mittels Photoelektronen-Spektroskopie an BESSY II zu vermessen. Diese Messungen ermöglichen Rückschlüsse auf die Bindungsenergien und auf elektronische Relaxationsprozesse und geben damit Aufschluss über die Wechselwirkung der Metall-Oxid-Komplexe mit den umgebenden Wassermolekülen. Außerdem lassen sich damit auch Vorläufermoleküle bestimmen, die der Bildung größerer Metall-Oxo-Netzwerke vorausgehen.
Die Erkenntnisse sind wichtig, um Metalloxide gezielt für konkrete Anwendungen synthetisieren zu können, was typischerweise in wässriger Lösung erfolgt. Denn Metalloxide sind technisch extrem interessant, sie werten Baumaterialien und Spezialgläser auf, verbessern die Eigenschaften keramischer Implantate in der Medizin und sie gelten als interessante Kandidaten für Anwendungen in Brennstoffzellen, in Solarzellen und in der Mikroelektronik sowie als neuartige Katalysatoren.
Sprecher des SFB „Molekulare Einblicke in Metalloxid/Wasser-Systeme: Strukturelle Evolution, Grenzflächen und Auflösung“ ist Prof. Dr. Christian Limberg, Humboldt-Universität zu Berlin; Weitere Partner sind: Freie Universität Berlin, Technische Universität Berlin, Universität Potsdam, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Berlin, Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft Berlin. Gemeinsam wollen die beteiligten Forschungsteams elementare Prozesse rund um die Metalloxid-Wasser-Wechselwirkungen auf allen relevanten Längenskalen mit einer Kombination aus chemischer Synthese sowie hochmodernen experimentellen und theoretischen Methoden untersuchen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat Ende November 2013 neun neue Sonderforschungsbereiche (SFB) eingerichtet, die sie bis Mitte 2017 mit insgesamt 64,4 Millionen Euro fördert.
- BESSY II: Eingebauter Sauerstoff verkürzt die Lebensdauer von FeststoffbatterienFeststoffbatterien sind sicher und leistungstark, aber ihre Kapazität nimmt zurzeit noch rasch ab. Ein Team der TU Wien, der Humboldt-Universität zu Berlin und des HZB hat nun eine TiS₂|Li₃YCl₆-Halbzelle an BESSY II analysiert. Dafür nutzte das Team eine spezielle Probenumgebung, die eine zerstörungsfreie Untersuchung unter realen Betriebsbedingungen ermöglicht. Durch die Kombination von Weich- und Hart-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS und HAXPES) konnte ein neuer Degradationsmechanismus identifiziert werden. Dabei spielte das Element Sauerstoff eine besondere Rolle. Die Studie liefert wertvolle Einblicke, um Design und Fertigung von Feststoffbatterien zu verbessern.
- Spintronik an BESSY II: Echtzeit-Analyse von magnetischen DoppelschichtsystemenSpintronische Bauelemente ermöglichen Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieverbrauch. Sie basieren auf der Wechselwirkung zwischen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten. Nun ist es einem Team von Freier Universität Berlin, HZB und Universität Uppsala gelungen, für jede Schicht separat zu verfolgen, wie sich die magnetische Ordnung verändert, nachdem ein kurzer Laserpuls das System angeregt hat. Dabei konnten sie auch die Hauptursache identifizieren, die für den Verlust der antiferromagnetischen Ordnung in der Oxidschicht sorgt: Die Anregung wird von den heißen Elektronen im ferromagnetischen Metall zu den Spins im Antiferromagneten transportiert.
- Umweltchemie an BESSY II: Radikale in GewässernWie entstehen in wässrigen Lösungen unter UV-Licht so genannte Radikale? Diese Frage spielt sowohl für die Gesundheitsforschung als auch für den Umweltschutz eine wichtige Rolle, beispielsweise im Zusammenhang mit der Überdüngung von Gewässern durch die Landwirtschaft. Ein Team hat nun an BESSY II eine neue Methode etabliert, um Hydroxyl-Radikale in Lösung zu untersuchen. Mit einem Trick konnten sie überraschende Einblicke in den Reaktionspfad gewinnen.