Li-Diffusion in oxidischen Nanoröhren und geordneten nano- bzw. meso-strukturierten Schichtmaterialien (LIDINAM)

• Antragsteller: Dr. Ilie Hanzu; Professor Dr. Michael Wark; Professor Dr. Martin Wilkening
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 119336273

Das Interesse an nanostrukturierten Materialien hat in den letzten Jahren in den Materialwissenschaften und der Energietechnik in außergewöhnlicher Weise zugenommen. Gegenüber ihren Analoga mit μm großen Kristallitdurchmessern zeigen nano-Materialien in vielen Fällen verbesserte Festkörpereigenschaften. Insbesondere können sich die Transportparameter von ionenleitenden Festkörpern durch die Nanostrukturierung extrem ändern. In diesem Teilprojekt sollen die Li-Diffusions- und Transportparameter in nanostrukturiertem TiO2 und SnO2 mit Hilfe von festkörperspektroskopischen Methoden, wie z. B. der Impedanz- und NMR-Spektroskopie, eingehend untersucht werden. Dabei stehen sowohl geordnete mesoporöse Materialien, nm-große TiO2- und SnO2-Kristallite sowie Nanoröhren und sog. Nanosheets im Vordergrund des Forschungsinteresses. Die Materialien, welche z. B. durch strukturdirigierte Sol-Gel-Methoden, Hydrothermalsynthesen oder anodisches Ätzen präpariert werden können, werden mit einer Vielzahl von Techniken charakterisiert (XRD, TEM, XPS, UV-vis, hochauflösende (MAS) NMR (Li, Sn, Ti) und elektrochemische Methoden, wie z. B. Cyclovoltammetrie). Insbesondere die Methode der kernmagnetischen Resonanz bietet ein reiches Methodenrepertoire, mit dem in komplementärer Weise die Li-Dynamik aus mikro- und makroskopischer Sicht auf einer großen Zeitskala untersucht werden kann. Frequenzabhängige NMR-Spin-Gitter-Relaxationsraten ermöglichen, sofern die Hochtemperaturflanke der zugehörigen diffusionsinduzierten Ratenpeaks erreicht werden kann, die Erfassung von Dimensionalitätseffekten der Li-Diffusion. Eines der Hauptziele des Projektes besteht darin, zu untersuchen, in welcher Weise die Geometrie (bzw. Dimensionalität), die Oberflächenbeschaffenheit und die strukturelle Unordnung Einfluss auf die Diffusions- und Transporteigenschaften nehmen. Die Li-Beweglichkeit sollte in Nanoröhren oder -sheets räumlich so stark eingeschränkt sein, dass die Ionen niederdimensionale Diffusionspfade nutzen müssen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1277: Mobilität von Lithiumionen in Festkörpern (molife)
• Internationaler Bezug: Österreich