Funktionelle Oxidoberflächen und Oxidgrenzflächen (FOXSI)

Viele moderne Technologien beruhen auf den spezifischen Eigenschaften von Metalloxiden. Die Chemie und Physik von Oxidoberflächen und -grenzflächen steuern z.B. Prozesse in der Katalyse, Energieerzeugung (Brennstoffzellen), Mikroelektronik, Sensorik, Oberflächenvergütung, etc. Die atomare und elektronische Struktur von Oxidoberflächen kann jedoch stark von den bekannten Volumenstrukturen abweichen, d.h. Oxidoberflächen sind oft nicht nur einfache Schnitte durch den "bulk". Für Oxiddicken <10 nm sind die erreichten physikalischen, chemischen, elektrochemischen, elektronischen, magnetischen etc. Eigenschaften meist sehr verschieden von jenen der Volumenoxide. Modifizierte Oxide (Mischoxide, Dotierung, Metall-Oxid Kontakte) spielen in der Technologie eine noch wichtigere Rolle, allerdings fehlt z.Zt. weitgehend ein grundlegendes Verständnis des Zusammenhangs zw. Struktur und Eigenschaften. Wenn Oxide in der Technik Flüssigkeiten oder Gasen ausgesetzt werden, also als "funktionelle Oxide" wirken, werden die Struktur und Eigenschaften nochmals verändert. Die Weiterentwicklung oxidbasierter Technologien setzt ein grundlegendes Verständnis der Oberflächenchemie und -physik von Oxiden voraus und hängt v.a. von der Identifizierung von Struktur-Funktions-Beziehungen ab. Dies verlangt ein breites Spektrum wissenschaftlicher Herangehensweise und Methoden, was nur durch konzertierte Anstrengungen spezialisierter Forschergruppen erreicht werden kann. Dieser SFB vereint 11 experimentelle und theoretische Gruppen, die sich funktionellen Oxiden verschrieben haben, mit Schwerpunkten auf der Chemie/Physik von Oberflächen/Grenzflächen, auf Brennstoffzellen und auf Mikroelektronik. Der SFB schließt Forschergruppen zusammen, die zu verschiedenen "Scientific Communities" gehören, was zu einer neuen Qualität von Synergie und Interaktion führt. Erst durch den "Pool" an experimenteller und theoretischer Expertise wird eine umfassende Untersuchung von Prozessen an komplexen Oxiden möglich. Thematische Schwerpunkte sind: i) Struktur von funktionelle Oxidoberflächen/-grenzflächen; ii) Gas-Oberflächen Wechselwirkungen; iii) funktionelle Oxide unter Arbeitsbedingungen. Die gewählten Oxide (ZrO2 (auch Y-stabilisiert), CeO2, Perowskite, Oxid-Oxid und Oxid- Metall Kontakte) sind Schlüsselmaterialien der Katalyse, von Brennstoffzellen und in der Mikroelektronik, und werden mittels physikalischer (PVD, MBE, ALD, PLD, Lithographie) und chemischer (Sol-Gel) Methoden hergestellt. Die Charakterisierung der Oberflächen-, Grenzflächen- und Volumenstruktur erfolgt durch eine Vielzahl mikroskopischer/spektroskopischer Methoden (STM, AFM, HRTEM/SEM, PEEM/FIM, SXRD, XPS, AES, LEIS, PM-IRAS, SFG, FTIR, TPD, TOF-SIMS, UV-Vis, PL, Impedanz, C-V/I-V, DFT etc.), einige davon sind besonders geeignet, Oxide unter funktionellen Bedingungen zu charakterisieren. Die gemeinsamen Anstrengungen im SFB erlauben die physikalisch-chemischen Eigenschaften komplexer Oxidoberflächen und - grenzflächen auf molekularer Ebene zu verstehen, was u.a. Einblicke in die katalytischen Eigenschaften, in die Kinetik der Sauerstoffaktivierung an Perowskiten, und in die elektronischen Eigenschaften von Oxiden mikroelektronischer Bauteile erlaubt, aber auch verwandte Gebiete wie Sensorik, Korrosion, anorganische Strukturchemie u.a. beeinflusst.