Zusammenhänge zwischen Wachstum, Struktur, optischen und elektronischen Eigenschaften neuer Nb3O7(OH) und Nb2O5 Nanostrukturen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Christina Scheu; Professor Dr. Lukas Schmidt-Mende, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289657667

Eindimensionale einkristalline nanostrukturierte Metalloxid-Elektroden haben den Vorteil, dass in ihnen Ladungsträger effizient transportiert werden können. Doch Defekte wie Stapelfehler undverschiedene Kristallmodifikationen beeinflussen die Leistungsfähigkeit in Anwendungen, wie hybriden und Farbstoff-sensibilisierten Solarzellen, Batterien und in der (Foto-) Katalyse. Dieses Projekt wird sich auf neuartige Nb3O7(OH)- und Nb2O5-Nanostrukturen konzentrieren und diese mit weitgehend etablierten TiO2-Nanostrukturen vergleichen. Beide Nioboxidverbindungen wurde bisher nur wenig untersucht, obwohl sie vielversprechendes Potenzial für Anwendungen zeigen. Neben einer detaillierten Analyse werden wir uns speziell auf das kontrollierte Wachstum und den Einfluss der Wachstumsbedingungen auf die charakteristischen Eigenschaften der Nioboxidverbindungen fokussieren. Für Metalloxide ist es essentiell die Ladungsträgermobilitäten zu verstehen und zu kontrollieren, um diese für Anwendungen spezifisch anpassen zu können. Deswegen werden wir uns in diesem Projekt darauf konzentrieren, die Effekte von Korngrenzen und der Kristallinität auf Ladungstransport und Ladungsträger-Rekombination zu untersuchen, da diese die optischen und elektronischen Eigenschaften dominieren können. Durch Variation der Wachstumsparameter können wir ein besseres Verständnis der Wachstumsmechanismen erhalten, die zu solchen Defekten führen, was uns bessere Kontrolle und Limitierung der Entstehung dieser Defekte erlaubt, so wie wir es schon für TiO2 zeigen konnten. Die Kombination von hochauflösender Transmissions-Elektronen-Mikroskopie-Studien und den optischen und elektronischen Charakterisierungsmethoden erlaubt es uns ein fundamentales Verständnis der physikalischen Phänomene von Kristallwachstum, Struktur, Ladungstransport, usw. und eine Korrelation mit den Eigenschaften zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen