Herstellung und Charakterisierung von Atomaren Metallen in Polyanilin

• Antragsteller: Dr. Sebastian Gutsch
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406029544

In diesem Projekt sollen Liganden-freie Edelmetallcluster mit einer definierten Anzahl von Atomen im Bereich von 1-7 hergestellt werden. Dies soll durch eine kontrollierte elektrochemische Atom-für-Atom Abscheidung erreicht werden. Als Matrixmaterial dient hierzu das konjugierte Polymer Polyanilin. Solche Strukturen zeigten bereits interessante katalytische Eigenschaften. Im speziellen Fall von Au wurde ein charakteristisches Paritätsverhalten bezüglich der Atomanzahl für die katalytische Alkoholoxidation festgestellt. Diese folgt dem theoretisch vorhergesagten Trend der elektronischen Struktur. Das Hauptaugenmerk des Projektes liegt auf der Herstellung von atomaren Au-, Pd- und gemischten Au-Pd-Clustern (atomare Legierungen). Die Herstellung erfolgt in elektrochemisch abgeschiedenem Polyanilin auf Glaskohlenstoffsubstraten. Die Proben werden umfassend mittels physikalischer und chemischer Methoden charakterisiert wie zum Beispiel elektrochemische Impedanzspektroskopie, zyklische Voltammetrie, FTIR, XPS, RBS und Elektronmikroskopie. Danach werden in Kooperation moderne Methoden der Materialanalyse genutzt um die atomaren Cluster abzubilden. Dies beinhaltet zum einen hochaufgelöste, analytische Transmissionelektronenmikroskopie und dreidimensionale Atomsondentomographie. Weiterhin sollen Röntgenabsorptionsmessungen durchgeführt werden um die chemische Umgebung der Edelmetalle als Funktion der Atomzahl zu analysieren. Zudem sollen FTIR-Messungen im fernen Infrarotbereich dazu genutzt werden, um den Clustergrößen und- form spezifischen Fingerabdruck zu messen. Letztendlich sollen auch die katalytischen Eigenschaften dieser atomaren Clusterelektroden hinsichtliche ihrer Eignung für die Sauerstoffreduktion, bzw. Methanol- und Ethanoloxidation in Brennstoffzellen untersucht werden. Die Nutzung atomare Metalcluster könnten zu einer signifikanten Verringerung der benötigten Edelmetallbeladung pro Fläche führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Australien, USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jiri Janata; Professor Dr. Simon P. Ringer