Zwei Freigeist-Fellows am HZB verflechten ihre Forschung
Fabian Weber (rechts) untersucht nun im Team von Dr. Annika Bande (links) die Dynamik von Elektronen-Prozessen in Graphen-Oxid-Quantenpunkten. Solche Quantenpunkte könnten als Katalysatoren die solare Wasserspaltung effizienter machen. Mit den theoretischen Modellierungen von Weber lassen sich aus den experimentellen Daten der Gruppe um Dr. Tristan Petit sehr viel mehr Informationen gewinnen. © HZB
Eine erste Berechnung zeigt, wie sich die Elektronendichte über einem Graphen-Oxid-Nanopartikel in Lösung verändert: In den roten Bereichen ist die Elektronendichte unterdurchschnittlich, während sie in den blauen Regionen überdurchschnittlich groß ist. Das Graphen-Partikel ist aus Kohlenstoffatomen (schwarz) gebildet, an die stellenweise Sauerstoff (rot) oder Wasserstoff (weiß) andockt. © Fabian Weber
Am HZB-Institut für Methoden der Materialentwicklung forschen zwei Freigeist-Fellows, die von der VolkswagenStiftung gefördert werden: Die theoretische Chemikerin Dr. Annika Bande modelliert schnelle Elektronen-Prozesse und Dr. Tristan Petit untersucht Nanoteilchen aus Kohlenstoff. Nun konnte Annika Bande mit einem Modulantrag bei der VolkswagenStiftung zusätzlich 150.000 Euro für eine weitere dreijährige Doktorandenstelle einwerben. Die Doktorarbeit wird beide Freigeist-Vorhaben miteinander verknüpfen.
Der Doktorand Fabian Weber arbeitet in der Theoriegruppe von Annika Bande und soll in den nächsten drei Jahren den Elektronentransfer in einem Materialsystem berechnen, das Tristan Petit und sein Team experimentell untersuchen. „Wir konzentrieren uns auf eine besondere Klasse von so genannten Quantenpunkten aus Graphen-Oxid-Nanoteilchen“, sagt Weber. Die Gruppe um Petit wird Nano-Graphen-Oxide mit verschiedenen spektroskopischen Methoden analysieren.
Katalysatoren für die Solare Wasserstofferzeugung
Denn Nanopartikel aus Graphen-Oxiden gelten als gute Katalysatoren, auch um mit Sonnenenergie Wasser aufzuspalten und Wasserstoff zu erzeugen. Wasserstoff ist ein vielseitiger Energieträger, der als Brennstoff nutzbar ist oder in einer Brennstoffzelle umweltfreundlich Strom erzeugen kann.
Tiefere Einsichten in das System
Mithilfe der theoretischen Modellierungen können die experimentellen Daten zu Nano-Graphen-Oxiden deutlich mehr Informationen liefern, bis hin zu neuen Einblicken in die ultraschnelle Dynamik bei den Wasserstoffbrückenbindungen. „Dabei gehen wir zunächst von bestehenden Theorien aus, und schauen uns an, wie wir damit modellieren können, was bei der Übertragung von Elektronen während einer katalytischen Reaktion genau geschieht“, erklärt Annika Bande. „Bei diesem Forschungsprojekt können wir unsere Ideen direkt mit den experimentellen Befunden abgleichen und das System besser verstehen lernen. Außerdem handelt es sich um ein Thema von großer Relevanz, nicht nur für die Grundlagenforschung, sondern auch für die künftige Energieversorgung unserer Gesellschaft.“
- Marcel Risch wird Professor an der Freien Universität BerlinSeit August 2026 ist Marcel Risch Professor (W2-S) im Fachbereich Physik an der Freien Universität Berlin. Seine Nachwuchsgruppe wird zur Abteilung Mechanismen nachhaltiger Elektrokatalyse. Risch erforscht die fundamentalen Mechanismen elektrokatalytischer Reaktionen und entwickelt auf dieser Grundlage wissens- und datengetriebene Strategien zur Verbesserung von Elektrokatalysatoren für die nachhaltige Erzeugung von Wasserstoff, Kraftstoffen und Chemikalien.
- BESSY II: Hochaufgelöste Einblicke in einzelne Biomoleküle und KatalysatorenWinzige biologische Proben und sogar einzelne Biomoleküle können nun an der BESSY-II-Infrarot-Beamline unter lebensnahen Bedingungen in höchster Auflösung untersucht werden. Die nanoskalige Infrarotspektroskopie (s-SNOM) wurde dafür verbessert und gründlich validiert. Ultradünne Membrane auf Siliziumbasis ermöglichen dabei die Untersuchung im wässrigen Medium. Ein internationales Team um den HZB-Experten Dr. Alexander Veber konnte nach einem ersten Proof-of-Concept nachweisen, dass Nano-IR-Messungen in wässriger Umgebung mit den erwarteten Fernfeld-IR-Spektren übereinstimmen. Dieser methodische Fortschritt ermöglicht nun tiefere Einblicke in Biomaterialien, aber auch die Beobachtung katalytischer Prozesse in flüssigen Umgebungen.
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