Jan Lüning leitet HZB-Institut für Elektronische Struktur Dynamik
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Das zum 1. Mai neu gegründete HZB-Institut für Elektronische Struktur Dynamik entwickelt experimentelle Techniken und Infrastrukturen, um die Dynamik elementarer mikroskopischer Prozesse in neuartigen Materialsystemen zu untersuchen. Auf Basis dieser Erkenntnisse lassen sich funktionale Materialien mit besonderen Eigenschaften für nachhaltige Technologien gezielt optimieren.
Prof. Dr. Jan Lüning ist ein international anerkannter Experte für die Forschung mit Synchrotronstrahlung. Vor seinem Wechsel an das HZB in 2018 war er Professor an der Sorbonne Universität in Paris und arbeitete am französischen Synchrotron SOLEIL.
Zum Institut gehören drei Fachgruppen: Die Gruppe um Dr. Ulrich Schade betreibt das Infrarot-Strahlrohr IRIS an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II und erforscht molekulare Prozesse in neuartigen funktionalen Materialien, die zum Beispiel die Umwandlung von Energie oder die katalytische Wasserspaltung ermöglichen.
Die Gruppe „Ultra-Kurzzeit Laser-Spektroskopie“ (Leitung Dr. Iain Wilkinson) arbeitet in den Laserlaboren ULLAS und LIDUX und untersucht die Dynamik von Reaktionen in wässrigen Lösungen und an wässrigen Grenzflächen auf ultra-kurzen Zeitskalen.
Die dritte Gruppe um Dr. Christian Schüssler-Langeheine und Dr. Niko Pontius betreibt die Femtoslicing-Facility an BESSY II und forscht an Materialien mit komplexen Phasenübergängen, die das Potential haben, elektronische und magnetische Bauteile kleiner, schneller und energieeffizienter zu machen.
Die Forschungsaktivitäten des Instituts sind in der Programmorientierten Förderung (POF IV) der Helmholtz-Gemeinschaft im Forschungsbereich Materie angesiedelt.
- Grüner Wasserstoff: Wie photoelektrochemische Zellen wettbewerbsfähig werden könntenMit Sonnenlicht lässt sich grüner Wasserstoff in photoelektrochemischen Zellen (PEC) direkt aus Wasser erzeugen. Bisher waren Systeme, die auf diesem 'direkten Ansatz' basieren, energetisch nicht wettbewerbsfähig. Die Bilanz ändert sich jedoch, sobald ein Teil des Wasserstoffs in PEC-Zellen in-situ für erwünschte Reaktionen genutzt wird. Dadurch lassen sich wertvolle Chemikalien für die chemische und pharmazeutische Industrie produzieren. Die Zeit für die Energie-Rückgewinnung des direkten Ansatztes mit der PEC-Zelle kann damit drastisch verkürzt werden, zeigt eine neue Studie aus dem HZB.
- Perowskitsolarzellen durch Schlitzdüsenbeschichtung – ein Schritt zur industriellen ProduktionSolarzellen aus Metallhalogenid-Perowskiten erreichen hohe Wirkungsgrade und lassen sich mit wenig Energieaufwand aus flüssigen Tinten produzieren. Solche Verfahren untersucht ein Team um Prof. Dr. Eva Unger am Helmholtz-Zentrum Berlin. An der Röntgenquelle BESSY II hat die Gruppe nun gezeigt, wie wichtig die Zusammensetzung von Vorläufertinten für die Erzeugung qualitativ-hochwertiger FAPbI3-Perowskit-Dünnschichten ist. Die mit den besten Tinten hergestellten Solarzellen wurden ein Jahr im Außeneinsatz getestet und auf Minimodulgröße skaliert.
- Super-Energiespeicher: Ladungstransport in MXenen untersuchtMXene können große Mengen elektrischer Energie speichern und lassen sich dabei sehr schnell auf- und entladen. Damit vereinen MXene die Vorteile von Batterien und Superkondensatoren und gelten als spannende neue Materialklasse für die Energiespeicherung: Das Material ist wie eine Art Blätterteig aufgebaut, die MXene-Schichten sind durch dünne Wasserfilme getrennt. Ein Team am HZB hat nun an der Röntgenquelle BESSY II untersucht, wie Protonen in diesen Wasserfilmen wandern und den Ladungstransport ermöglichen. Ihre Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht und könnten die Optimierung solcher Energiespeichermaterialien beschleunigen.