Einfluss von Substituenten auf die Elektronenleitfähigkeit in ionenleitenden Verbindungen

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Dieter Wiemhöfer
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5382449

Elektronische Zustände und Elektronenleitfähigkeit in sauerstoffionenleitenden Oxiden mit hoher Defektkonzentration werden durch Substitution im Kationen- wie auch im Anionengitter deutlich beeinflußt. Neuere festkörperelektrochemische Polarisationsmethoden an Mikrokontakten ermöglichen nun eine empfindliche und schnelle Messung der Elektronenleitfähigkeit und der Elektronenbeweglichkeit als Funktion der Sauerstoffaktivität über einen sehr weiten Bereich von Aktivitäten. In diesem Projekt wollen wir Elektronentransport sowie Konzentration und Beweglichkeit mobiler Elektronen in wichtigen sauerstoffionenleitenden Oxidsystemen untersuchen. Im Mittelpunkt steht zunächst das Grundystem (CeO2)1-x(ZrO2)x (+ M2O3), das für größere Bereiche des Zr/Ce-Verhältnisses x einphasig ist, wobei M eine übliche Kationendotierung mit Y, Sm ... darstellt. Hierbei geht es uns um den Einfluß der gegenseitigen Substitution von Ce und Zr auf die elektronischen Eigenschaften. Als weiterer Aspekt soll die partielle Substitution des Sauerstoffs mit Fluor oder Schwefel im Anionengitter untersucht werden. Optische (UV) und elektronenspektroskopische Messungen (XPS, UPS, EELS) bei Kooperationspartnern sollen flankierend weitere Informationen über die elektronischen Zustandsdichten und Energieniveaus liefern, die zur Diskussion detaillierter Modelle notwendig sind. Vorrangig interessieren uns die Einflüsse der Substitution und der Defektstruktur auf die lokalisierten Elektronenzustände und die Beweglichkeit der Elektronen. Die aus den Ergebnissen zu entwickelnden Modelle müssen dabei einerseits auf den Polaronencharakter der mobilen Elektronen und ihre Wechselwirkung mit den zahlreichen ionischen Defekten, andererseits auf das elektrochemisch definiert über mehr als 1-2 eV verschiebbare Fermi-Potential eingehen (Fermi-DiracStatistik).

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1136: Substitutionseffekte in ionischen Festkörpern