Funktionalisierung und Immobilisierung von MgO Nanowürfeln

Physikalische und chemische Prozesse auf Oberflächen von Metalloxiden sind für viele Anwendungen von großem technologischen Interesse. Dazu zählen so unterschiedliche Systeme wie Komponenten von Brennstoffzellen, Sensoren, elektronische und optoelektronische Bauteile, sowie Katalysatoren. In der Regel werden dafür polykristalline Materialien eingesetzt. Dies hat zur Folge, dass deren chemische als auch physikalische Aktivität durch eine Vielzahl von verschiedenen Oberflächenabschlüssen mit unbekannter Defektkonzentration bestimmt sein kann. Modelluntersuchungen an Einkristalloberflächen können deshalb kein vollständiges Bild der real ablaufenden Prozesse liefern, da sie weder der Komplexität der realen Oberfläche, noch den möglichen Synergie- Effekten zwischen mehreren Partikeln gerecht werden. Im Rahmen des Projektes sollen MgO Nanowürfel als Modellsystem zur Aufklärung physikalischer und chemischer Oberflächenprozesse herangezogen werden. Durch die vorgegebene Partikelgestalt und die kontrollierbare Teilchengröße kann das Verhältnis von spezifischen Oberflächen-Elementen wie Ecken und Kanten eingestellt werden. Durch die Untersuchung ihres Einflusses auf die spektroskopischen und chemischen Eigenschaften des gesamten Partikel-Ensembles dürfen somit neuartige Einsichten zu Oberflächendefekten auf ungeträgerten Oxid- Partikeln erwartet werden. Um den Energiebereich für Absorption und Emission von Licht kontrolliert zu verändern, wird weiters die Modifizierung der MgO-Würfeloberflächen angestrebt. Dazu werden bestimmte Defekte über eine Zentren-selektive Oberflächenchemie funktionalisiert. Weiters ist geplant, MgO-Würfel mit dünnen Schichten einer zweiten Oxidkomponente zu überziehen und die chemischen und spektroskopischen Oberflächeneigenschaften solcher neuartiger Heterostrukturen eingehend zu untersuchen. Zur kontrollierten Anbindung von Oxid-Nanoskristallen an unsere makroskopische Welt wird deren Immobilisierung in mesoporösen Netzwerken vorgeschlagen. Dadurch entstehen zwischen den Nanokristallen und dem mesoporösen Wirt Grenzflächen von denen neuartige elektronische und spektroskopische Effekte erwartet werden. Die über dieses Projekt gewonnen Einsichten sollen einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung und Optimierung von funktionalisierten Oberflächen und Grenzflächen leisten.

Physikalische und chemische Prozesse auf Oberflächen von Metalloxiden sind für viele Anwendungen von großem technologischen Interesse. Dazu zählen so unterschiedliche Systeme wie Komponenten von Brennstoffzellen, Sensoren, elektronische und optoelektronische Bauteile, sowie Katalysatoren. In der Regel werden dafür polykristalline Materialien eingesetzt. Dies hat zur Folge, dass deren chemische als auch physikalische Aktivität durch eine Vielzahl von verschiedenen Oberflächenabschlüssen mit unbekannter Defektkonzentration bestimmt sein kann. Modelluntersuchungen an Einkristalloberflächen können deshalb kein vollständiges Bild der real ablaufenden Prozesse liefern, da sie weder der Komplexität der realen Oberfläche, noch den möglichen Synergie- Effekten zwischen mehreren Partikeln gerecht werden. Im Rahmen des Projektes sollen MgO Nanowürfel als Modellsystem zur Aufklärung physikalischer und chemischer Oberflächenprozesse herangezogen werden. Durch die vorgegebene Partikelgestalt und die kontrollierbare Teilchengröße kann das Verhältnis von spezifischen Oberflächen-Elementen wie Ecken und Kanten eingestellt werden. Durch die Untersuchung ihres Einflusses auf die spektroskopischen und chemischen Eigenschaften des gesamten Partikel-Ensembles dürfen somit neuartige Einsichten zu Oberflächendefekten auf ungeträgerten Oxid- Partikeln erwartet werden. Um den Energiebereich für Absorption und Emission von Licht kontrolliert zu verändern, wird weiters die Modifizierung der MgO-Würfeloberflächen angestrebt. Dazu werden bestimmte Defekte über eine Zentren-selektive Oberflächenchemie funktionalisiert. Weiters ist geplant, MgO-Würfel mit dünnen Schichten einer zweiten Oxidkomponente zu überziehen und die chemischen und spektroskopischen Oberflächeneigenschaften solcher neuartiger Heterostrukturen eingehend zu untersuchen. Zur kontrollierten Anbindung von Oxid-Nanoskristallen an unsere makroskopische Welt wird deren Immobilisierung in mesoporösen Netzwerken vorgeschlagen. Dadurch entstehen zwischen den Nanokristallen und dem mesoporösen Wirt Grenzflächen von denen neuartige elektronische und spektroskopische Effekte erwartet werden. Die über dieses Projekt gewonnen Einsichten sollen einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung und Optimierung von funktionalisierten Oberflächen und Grenzflächen leisten.