Permeation von Wasserstoff, Atmosphären- und Edelgasen in zweidimensionalen Oxidmembranen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Petr Dementyev; Professorin Dr. Anjana Devi
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496964156

Künstlich perforierte 2D-Materialien werden als ultimativ dünne Membranen zur Trennung von gasförmigen und flüssigen Substanzen verfolgt. Es ist allerdings eine Herausforderung, die Porengrößenverteilung in defekten Strukturen zu kontrollieren und nicht die mechanische Stabilität zu gefährden. Im Gegensatz zu Graphen und anderen einlagigen Materialien wird angenommen, dass 2D-Siliziumdioxid aufgrund seines zweilagigen Kristallgitters intrinsisch porös ist. In diesem interdisziplinären Projekt soll die molekulare Permeation durch freistehendes, doppellagiges Siliciumdioxid und verwandte tetraedrische Oxide untersucht werden. Um die Massentransportexperimente mit 2D SiO2, 2D GeO2 und 2D AlPO4 zu ermöglichen, werden neuartige Syntheseprotokolle für das Wachstum großflächiger ultradünner Schichten mittels Atomlagenabscheidung (ALD) entwickelt. Dazu wird die Präkursorchemie für die Abscheidung von Si-, Ge-, Al- und P-basierten Oxiden mittels ALD auf kommerziellen Metallsubstraten untersucht und die Prozesse für hochwertige 2D-Materialien optimiert. Nach detaillierter spektroskopischer und mikroskopischer Charakterisierung werden die erhaltenen Oxidmembranen in einer modernen Gaspermeationsanlage umfangreichen Funktionsmessungen unterzogen. Die Membranselektivität und der Durchsatz werden für eine Vielzahl von Spezies untersucht und direkte Struktur-Eigenschafts-Korrelationen erarbeitet. PHANTOM wird somit eine hocheffiziente Verbundforschung mit weitreichenden Auswirkungen auf dem Gebiet der 2D-Materialchemie und -physik liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen