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.“
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- Neue Katalysatormaterialien auf Basis von Torf für BrennstoffzellenEisen-Stickstoff-Kohlenstoff-Katalysatoren haben das Potenzial, teure Platinkatalysatoren in Brennstoffzellen zu ersetzen. Dies zeigt eine Studie aus Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und der Universitäten in Tartu und Tallinn, Estland. An BESSY II beobachtete das Team, wie sich komplexe Mikrostrukturen in den Proben bilden. Anschließend analysierten sie, welche Strukturparameter für die Förderung der bevorzugten elektrochemischen Reaktionen besonders wichtig waren. Der Rohstoff für solche Katalysatoren ist gut zersetzter Torf.
- Helmholtz-Nachwuchsgruppe zu MagnonenDr. Hebatalla Elnaggar baut am HZB eine neue Helmholtz-Nachwuchsgruppe auf. An BESSY II will die Materialforscherin sogenannte Magnonen in magnetischen Perowskit-Dünnschichten untersuchen. Sie hat sich zum Ziel gesetzt, mit ihrer Forschung Grundlagen für eine zukünftige Terahertz-Magnon-Technologie zu legen: Magnonische Bauelemente im Terahertz-Bereich könnten Daten mit einem Bruchteil der Energie verarbeiten, die moderne Halbleiterbauelemente benötigen, und das mit bis zu tausendfacher Geschwindigkeit.
Dr. Hebatalla Elnaggar will an BESSY II magnetische Perowskit-Dünnschichten untersuchen und damit die Grundlagen für eine künftige Magnonen-Technologie schaffen.