F 45 - Günther Rupprechter - Funktionelle Oxidoberflächen und Oxidgrenzflächen (FOXSI)

Sprecher:
Günther Rupprechter

bewilligt: 2010

Universität/Forschungsstätte: Technische Universität Wien

grupp(at)imc.tuwien.ac.at

www.foxsi.tuwien.ac.at/    
www.imc.tuwien.ac.at

Moderne Technologien beruhen oft auf den spezifischen Eigenschaften von Metalloxiden. Die Chemie und Physik von Oxidoberflächen und -grenzflächen steuern z. B. Prozesse in der Katalyse oder in der Energieerzeugung (Brennstoffzellen). Die atomare und elektronische Struktur von Oxidoberflächen kann jedoch stark von den bekannten Volumeneigenschaften abweichen, d. h., Oxidoberflächen sind oft nicht nur Schnitte durch den „bulk“. Für Oxiddicken <10 nm sind die erreichten physikalischen, chemischen, elektrochemischen, elektronischen, magnetischen etc. Eigenschaften meist verschieden von jenen der Volumenoxide. Modifizierte Oxide (Mischoxide, Dotierung, Metalloxid-Kontakte) spielen in der Technologie eine noch wichtigere Rolle, allerdings fehlt weitgehend ein grundlegendes tiefgehendes Verständnis des Zusammenhangs zwischen Struktur und Eigenschaften. Wenn Oxide in der Technik Flüssigkeiten oder Gasen ausgesetzt werden, also als „funktionelle Oxide“ wirken, werden Struktur und Eigenschaften nochmals verändert.

Die Weiterentwicklung oxidbasierter Technologien setzt ein grundlegendes Verständnis der Oberflächenchemie und -physik von Oxiden voraus und hängt vor allem von der Identifizierung von Struktur-Funktions-Beziehungen ab. Dies verlangt ein breites Spektrum wissenschaftlicher Herangehensweisen und Methoden, was nur durch konzertierte Anstrengungen spezialisierter, jedoch komplementärer Forschergruppen erreicht werden kann. In seiner ersten Förderperiode hat der SFB FOXSI 10 experimentelle und theoretische Gruppen vereint, die sich funktionellen Oxiden verschrieben haben, mit Schwerpunkten auf der Chemie/Physik von Oberflächen/Grenzflächen und auf Brennstoffzellen-Technologie.

Thematische Schwerpunkte des SFBs waren bislang: i) Struktur von  funktionellen Oxidoberflächen/-grenzflächen; ii) Gas-Oberflächen-Wechselwirkungen; iii) funktionelle Oxide unter Arbeitsbedingungen, die gewählten Schlüsselmaterialien waren ZrO2 (auch Y-stabilisiert), CeO2, Perowskite, Oxid-Oxid und Oxid-Metall-Kontakte. Die Materialien wurden mittels physikalischer und chemischer Methoden hergestellt und durch eine Vielzahl mikroskopischer/spektroskopischer Methoden charakterisiert (STM, AFM, HRTEM/SEM, PEEM/FIM, SXRD, XPS, AES, LEIS, PM-IRAS, SFG, FTIR, TPD, UV-Vis, PL, Impedanz, DFT etc.), einige davon sind besonders geeignet, Oxide unter funktionellen Bedingungen zu untersuchen. Die gemeinsamen Anstrengungen im SFB FOXSI während der ersten Förderperiode erlaubten bereits ultradünne ZrO2-Filme als Modellsystem (mit verschiedener Defektdichte und auch mit Ni-Nanoteilchen bedeckt) sowie Modell-Perowskite (mit ersten Schritten in Richtung Laser-MBE) herzustellen. Vor allem wurden die atomare/elektronische Struktur, die chemischen (katalytischen) Eigenschaften und die Kinetik der Sauerstoffaktivierung grundlegend behandelt. Wie ursprünglich geplant wurden parallel zu den UHV-Modellsystemen auch die entsprechenden technologischen Materialien untersucht. Experimente wurden durch theoretische Rechnungen eng begleitet. Die intensive Zusammenarbeit der Gruppen, gefördert durch regelmäßige Seminare und Workshops (Annual SFB und PhD Workshop), lässt sich anhand des vielfachen Studentenaustauschs, gemeinsamer Strahlzeiten und Publikationen ablesen. In einer möglichen zweiten Förderperiode soll der Weg zu einem tiefgehenden grundlegenden Verständnis weiterverfolgt, intensiviert und erweitert werden, um darauf basierend die SOFC-relevanten (katalytischen) Prozesse zu optimieren.

Durchschnittlich beschäftigte NachwuchswissenschafterInnen
27

Höhe der FWF-Förderung
3.331.410,00€

Höhe der TU Wien-Förderung
578.000,00€

Internationale Kooperationspartner

Academic title, name

Scientific

discipline

Research institution

pot. int. cooperation partner

Univ.-Prof. Dr. Ulrike Diebold

 

Physics

Institute of Applied Physics, Vienna University of Technology

Dr. S. Chambers, Pacific Northwest National Laboratories, USA
Prof. Z. Mao, Prof. D. Kim, Tulane University, USA

Univ.-Prof. Dr. Jürgen Fleig

 

Chemistry

Institute of Chemical Technologies and Analytics, Vienna University of Technology

Prof. Bilge Yildiz, Massachusetts Institute of Technology, USA,
Prof. Joachim Maier, MPI Solid State Research, Stuttgart, D
Ass. Prof. Jennifer Rupp, ETH Zürich, CH
Prof. Scott Barnett, Northwestern University, USA

Assoz. Univ.-Prof. Dr. Bernhard Klötzer

 

Chemistry

Institute of Physical Chemistry, University of Innsbruck

Prof. R. Schlögl, FHI Berlin, D

Dr. D. Zemlyanov, Birck Nanotechnology Centre, USA

Dr. M. Armbrüster, MPI Dresden, D

Dr. M. Heggen, Forschungszentrum Jülich, D

Ao. Univ.-Prof. Dr. Josef Redinger

 

Physics

Institute of Applied Physics, Vienna University of Technology

Prof. G. Kresse, Uni Wien, AT

Dr. C. Franchini, Uni Wien, AT

Prof. M. Weinert, University of Wisconsin, USA

Univ.-Prof. Dr. Günther Rupprechter  (Speaker/Coordinator)

Chemistry

Institute of Materials Chemistry, Vienna University of Technology

Prof. R. Schlögl, FHI Berlin, D

Prof. K. M. Neyman, Barcelona, ES

Prof. H. Grönbeck, Gothenburg, SE

Ao. Univ.-Prof. Dr. Michael Schmid

 

Physics

Institute of Applied Physics, Vienna University of Technology

Dr. Edvin Lundgren and Jesper N. Andersen, MAX-lab, Lund, SE

Georg Kresse, Uni Wien, AT

Prof. Martin Lerch, TU Berlin, D

Assoc. Prof. Dr. Yuri Suchorski

 

Physics

Institute of Materials Chemistry, Vienna University of Technology

Prof. Dr. N. Kruse, Bruxelles, BE

Prof. Dr. R. Schlögl, FHI Berlin, D

Prof. Dr. J. Korecki, Krakow, PO

Ass. Prof. Dr.

Johannes Bernardi

 (TEM Project within Coordination Project)

Physics

USTEM, Vienna University of Technology

B. Jouffrey and A. Hamon, ECP Paris, F, F. Houdellier, CEMES Toulouse, F
R. Schlögl, D. Su, FHI-Berlin, D

Principal Investigators (PI)

 

Projektteil

Name des/der Projektleiters/Projektleiterin

Titel des Projektteiles

F4501-N16

Günther Rupprechter

Coordination Project including USTEM contribution

F4502-N16

Günther Rupprechter

In situ spectroscopy of chemical reactions on pure and doped ZrO2 thin films and zirconia-based metal-oxide systems

F4503-N16

Bernhard Klötzer

Catalytic synergisms at (bi)metallic and oxidic phase boundaries and interfaces

F4504-N16

Yuri Suchorski

In situ mesoscopic and microscopic visualisation of catalytic reactions on metal-oxide systems

F4505-N16

Michael Schmid

Zirconia films and zirconia-metal systems on the atomic scale

F4507-N16

Ulrike Diebold

Growth and fundamental surface properties of perovskites

F4509-N16

Jürgen Fleig

Active and resistive zones of electrochemical oxidation and reduction reactions on zirconia electrolytes

F4510-N16

Ulrich Schubert

Preparation and properties of metal oxides prepared from organically modified precursors by sol-gel processing

F4511-N16

Josef Redinger

Theory of oxide surfaces and metal/oxide interfaces

DFG Partner

Andreas Stierle

Atomic structure of functional oxide interfaces under operational conditions

Sprecher des SFBs
Günther Rupprechter, Institut für Materialchemie, Technische Universität Wien

grupp(at)imc.tuwien.ac.at

Website: www.foxsi.tuwien.ac.at/

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Kontakt
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Haus der Forschung
1090 Wien, Sensengasse 1
T: +43/1/505 67 40-0, F: +43/1/505 67 39
office(at)fwf.ac.at
Sabine Haubenwallner
DW 8603, sabine.haubenwallner(at)fwf.ac.at