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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