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SFB 1625:  Atomarskaliges Verständnis und Design von multifunktionalen Mischkristalloberflächen mit komplexer chemischer Zusammensetzung

Fachliche Zuordnung Chemie
Informatik, System- und Elektrotechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Mathematik
Physik
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Förderung Förderung seit 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506711657
 
Komplexe Mischkristalle (CCSS), die fünf oder mehr Elemente in einer einfachen Kristallstruktur enthalten, bieten konzeptionell einzigartige, vielversprechende Perspektiven in wissenschaftlichen und technologischen Bereichen, in denen die Oberfläche Eigenschaften bestimmt – z.B. Elektrokatalyse und Korrosion - und die für nachhaltige Energiesysteme entscheidend sind. Der SFB will CCSS als Materialdesignplattformen nutzen: dazu wird ein kombiniertes theoretisches und experimentelles Verständnis der CCSS auf atomarer Ebene geschaffen, da die besonderen Eigenschaften auf der hohen Anzahl verschiedener polyelementarer aktiver Zentren auf der Oberfläche beruhen. Durch das Design dieser Oberflächenatomanordnungen (SAA) sollen Beschränkungen herkömmlicher Elektrokatalysatoren überwunden und neue multifunktionale Materialien mit herausragenden Kombinationen von Aktivität, Stabilität und Möglichkeiten für Kaskadenreaktionen erschlossen werden. SAA sind die spezifischen Anordnungen der unterschiedlichen Oberflächenatome; ihre statistische Verteilung bestimmt die Oberflächenzusammensetzung und ihre Kenntnis ist für das Design von Zusammensetzung-Struktur-Aktivitäts-Beziehungen unerlässlich. Der SFB will SAA verstehen und kontrollieren – ihre Bildung, ihre Variation für verschiedene Systeme und Zusammensetzungen, ihre Veränderungen aufgrund experimenteller Bedingungen – um sie für das Design ihrer Eigenschaften systematisch zu manipulieren. Das primäre Ziel ist nicht die Entwicklung neuer Katalysatoren, sondern die Gewinnung grundlegender Erkenntnisse und die Erforschung neuer Möglichkeiten, die sich durch SAA von CCSS ergeben. Zunächst werden Edelmetallschichten untersucht, da ihre Oxidationsbeständigkeit die SAA-Identifizierung erleichtert. Detaillierte Einblicke in die Abhängigkeit der Reaktionsmechanismen von den SAA und das Verständnis der Oberflächenmetallurgie von CCSS werden dann das Design multifunktionaler und nachhaltiger Elektrokatalysatoren ermöglichen. Diese hochdimensionale Herausforderung wird von einem interdisziplinären Team (Material-, Oberflächen-, Datenwissenschaft, Physik, Chemie) unter Verwendung von Hochdurchsatzmethoden in der atomistischen Simulation, der Synthese, der Charakterisierung, der elektrochemischen Untersuchung und mit tiefgehenden, atomarskaligen Experimenten angegangen. Da SAA elektrochemische Reaktionen atomarskalig bestimmen, werden sie durch Theorie und Experiment auf dieser Ebene untersucht. Diese atomistische Sichtweise muss aber mit dem hochdimensionalen Raum der Zusammensetzungen und Eigenschaften von SAA und CCSS kombiniert werden. Mittels Materialinformatik werden wir alle Daten über Skalen und Forschungsbereiche integrieren, datengesteuerte Arbeitsabläufe etablieren, Wissen aus Daten extrahieren und in Wissensgraphen organisieren. Unser ganzheitlicher Ansatz wird die Vision des SFB verwirklichen: die atomarskalige Kontrolle von SAA für das Design idealer CCSS-Oberflächen für spezifische Anwendungen.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche
Internationaler Bezug Dänemark

Laufende Projekte

Antragstellende Institution Ruhr-Universität Bochum
 
 

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