Steuerung der Entnetzungsvorgänge von metallischen Filmen auf Halbleiteroberflächen: Hochdefinierte heterogene Katalysatoren auf der Nanoskala

• Antragsteller: Professor Marco Altomare, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438933516

Das Ziel des vorliegenden Projektes ist es, Methoden der Nanostrukturierung zur Erzeugung und Feinabstimmung von Katalysator/Halbleiter-Oberflächen zu erforschen, die in der heterogenen Katalyse genützt werden sollen.Der Kern in den Untersuchungen beruht auf der gezielten metallischen Entnetzung, wobei eine Festphasenumwandlung dünner Metallfilme zu wohldefinierten und separierten metallischen Nanopartikeln von hoher morphologischer und struktureller Ordnung stattfindet.Halbleiteroberflächen werden mit katalytisch aktiven Nanopartikeln (bestehend aus Metallen oder Metallverbindungen) so dekoriert, dass sowohl Größe als auch Verteilung gezielt eingestellt werden können. Synergien, die durch die Verflechtung mit anderen Prinzipien der Selbstorganisation wie der Legierungsbildung, der Entmischung und der Phasenseparierungen entstehen, sollen genutzt werden, um ein breites Spektrum ortselektiver Katalysatorenteppiche zu erzeugen.Dies erschliesst eine neue Generation „entnetzter“ katalytisch aktiver Materialien, die auf der kontrollierten Integration von Nanopartikeln auf einer Halbleiteroberfläche beruhen. Hierbei reicht die Spanne von metallischen Legierungen, über nanoporöse bis hin zu chemisch funktionalisierten Nanopartikeln.Gestützt auf nanoskaliger Oberflächenmodifikation soll eine Feinabstimmung der Katalyseeigenschaften zur Erhöhung der Ausbeute photokatalytischer Reaktionen erfolgen.Die Hauptmotivation des Projektes ist, die wissenschaftlichen Grundlagen für eine sinnvolle und optimierte Auslegbarkeit heterogener Katalysatoren zu schaffen und damit die intrinsischen Grenzen von üblichen Katalysator-Abscheidungsansätze zu überschreiten, beispielsweise inhomogene Verteilung, schlechte Kontrollierbarkeit der spezifischen Katalysatormenge auf dem Substrat, die Einbringung ungewollter Spezies an der Katalysator-Halbleiter-Grenzfläche und eine schlechte Anbindung zwischen Katalysator und Substrat. Auch unerwünschte Degradationsphänomene können entscheidend positiv beeinflusst werden.Ferner werden durch die Forschungsarbeiten auch wichtige Beiträge zur Methodenentwicklung der Nanostrukturierung im Allgemeinen geleistet und damit Konzepte mit direktem Anwendungsbezug in den Gebieten der Elektrokatalyse, Umweltsanierung, Plasmonik und Sensorentwicklung erschlossen. Das Grundlagenwissen zu mechanistischen Aspekten und der Kontrolle auf der Nanoskala wird direkt in Anwendungen der Metallentnetzung einfliessen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande