Katalyseforschung verstärkt: Helmholtz-Zentrum Berlin ist am neu bewilligten Einstein-Zentrum für Katalyse beteiligt
Am HZB werden neue Methoden entwickelt, um die elektronische Struktur von katalytisch aktiven Molekülen zu untersuchen.
© HZB
Die Einstein-Stiftung fördert ab 2016 ein neues Einstein-Zentrum für Katalyse (EC²), an dem sich die Technische Universität Berlin (TU Berlin) und mehrere außeruniversitäre Einrichtungen aus Berlin beteiligen. Aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) wirkt Prof. Dr. Emad Aziz, Leiter des HZB-Instituts für Methoden der Materialforschung, am Aufbau der Einrichtung mit. Sein Team bringt insbesondere Expertise in der Analytik ultraschneller Prozesse bei katalytischen Reaktionen ein.
Katalyse ist zentrales Zukunftsthema, ob bei der Energiewende oder bei der Verarbeitung von Rohstoffen: Wenn wir in Zukunft Ressourcen effizienter und nachhaltiger nutzen wollen, sind hervorragende Katalysatoren unverzichtbar. Deshalb verstärkt auch das HZB die Katalyseforschung und arbeitet dabei gezielt mit Kooperationspartnern zusammen.
Im Einstein-Zentrum für Katalyse (EC²) sollen Methoden entwickelt werden, die einen tieferen Einblick in chemische und biologische Katalysatoren ermöglichen. Insbesondere die Dynamik von Katalyseprozessen will man damit besser verstehen. „Der Aufbau des institutionenübergreifenden Einstein-Zentrums für Katalyse ist ein echter Meilenstein für die Katalyseforschung in Berlin. Das HZB wird sich zukünftig noch stärker im Rahmen der Forschung an Energiematerialien in der Katalyseforschung engagieren“, sagt die wissenschaftliche Geschäftsführerin des HZB, Prof. Dr. Anke Kaysser-Pyzalla.
Das neue Einstein-Zentrum baut auf dem Exzellenzcluster der TU Berlin „Unifying Concepts in Catalysis (UniCat)“ auf. Zentrale Partner des neuen Einstein-Zentrums sind neben dem HZB das Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, das Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie Berlin, das Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften Berlin, sowie das UniCat-BASF Joint Lab. Sprecher des neuen Einstein-Zentrums ist Prof. Dr. Matthias Drieß vom Fachgebiet Metallorganische Chemie und Anorganische Materialien der TU Berlin. „Um die Dynamik von aktiven Reaktionszentren mit hoher zeitlicher wie räumlicher Auflösung bestimmen zu können, brauchen wir das HZB mit seiner Spitzenanalytik an BESSY II als Partner“, sagt Drieß.
Das HZB-Institut für Methoden der Materialentwicklung entwickelt neue experimentelle Methoden, die Licht im Röntgenbereich oder im extremen UV-Bereich nutzen. „Damit stellen wir neue Werkzeuge bereit, um die elektronische Struktur von katalytischen Molekülen und die ultraschnellen Prozesse, die während der Katalyse ablaufen, unter realistischen Bedingungen wie Raumtemperatur oder Normaldruck zu untersuchen“, erklärt Aziz. „Auch Dr. Tristan Petit und Dr. Annika Bande, deren Gruppen durch ein Freigeist-Stipendium der Volkswagenstiftung gefördert werden, profitieren von dem großen Netzwerk zur Katalyseforschung in Berlin.“
Das neue Einstein-Zentrum soll ab Januar 2016 für zunächst fünf Jahre gefördert werden.
- Präzise Grenzflächenchemie steigert Wirkungsgrad von Perowskit-SolarzellenIm Rahmen einer internationalen Forschungskooperation wurde eine neue molekulare Strategie entwickelt, um eine der Grenzflächen in Perowskit-Solarzellen zu verbessern. Die daraus resultierenden Solarzellen erreichten in der n-i-p-Architektur einen Energieumwandlungswirkungsgrad von 26,19 % bei gleichzeitig hoher Betriebsstabilität unter längerer Bestrahlung und erhöhten Temperaturen. Die Ergebnisse wurden im „Journal of the American Chemical Society“ veröffentlicht.
- Perowskit-Dreifachsolarzellen: Noch effizienter mit GO/SAM DoppelschichtPerowskit-Halbleiter wandeln Sonnenlicht effizient in elektrische Energie um, darüber hinaus sind sie günstig und superleicht. Ein Team am HZB hat eine Dreifachsolarzelle aus drei unterschiedlichen Perowskit-Halbleitern mit einer neuartigen Doppelschicht aus Graphenoxid und SAM als Lochleiter entwickelt. Sie konnten zeigen, dass diese Doppelschicht sowohl den Wirkungsgrad als auch die Langzeitstabilität deutlich steigert. Der Wirkungsgrad der neuartigen Perowskit-Dreifachsolarzelle beträgt 27,3% und fällt auch nach mehr als 770 Stunden in Betrieb kaum ab. Die Studie ist in der renommierten Fachzeitschrift Joule erschienen.
- Magnetische Bildgebung: Mikroblumen verstärken das lokale MagnetfeldMaterialien mit magnetischen Nanostrukturen bieten viele Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in der Spintronik. Um solche Materialien zu untersuchen, sind magnetisch empfindliche Bildgebungsverfahren im Nanobereich geeignet, bisher konnten während des Bildgebung jedoch nur schwache Magnetfelder angelegt werden. Nun hat eine internationale Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Sergio Valencia vom HZB einen Ansatz entwickelt, der diese Einschränkung überwindet. Das Team entwarf winzige Magnetflusskonzentratoren (MFCs). Die Geometrie der MFCs ähnelt einer Blume und fokussiert das angelegte Magnetfeld auf das Zentrum, in dem die Probe sitzt. Die „Mikroblumen“, die das Magnetfeld lokal verstärken, können in vielen nanometrischen magnetischen Mikroskopieverfahren eingesetzt werden.