Diffusion von Reaktanten auf Stauboberflächen. Eine Tür zum Verständnis der Oberflächenchemie im Weltraum

• Antragsteller: Dr. Alexey Potapov
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569300745

Dieses Projekt ist der Beginn einer neuen Zusammenarbeit zwischen der Universität Cergy Paris (CYU, Frankreich) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU, Deutschland). Die Zusammenarbeit basiert auf einer Kombination von zwei zur Verfügung stehenden experimentellen Techniken: eine Laserablationsanlage zur Gasphasenkondensation kohlenstoff- und siliziumhaltiger Körner an der FSU und einer an der CYU bereitstehenden Ultrahochvakuumanlage, die an Quellen für atomare Bombardierung von Oberflächen gekoppelt ist. Chemische Prozesse, die zur Bildung von Molekülen in astrophysikalischen Umgebungen wie das interstellare Medium, protoplanetare Hüllen, Planeten-bildende Scheiben und Atmosphären von Planeten führen, können in zwei Gruppen eingeteilt werden: Gasphasen- und Kornoberflächenreaktionen. Es ist bekannt, dass Oberflächenreaktionswege zu einer größeren Komplexität von molekularen Spezies führen und auch für die Bildung von wichtigen astrophysikalischen Molekülen wie H2 und H2O verantwortlich sind. Staubkörner stellen nicht nur einen Treffpunkt für Reaktanten dar, sondern fungieren sowohl als dritter Körper zur Ableitung der bei der Bindungsbildung freigesetzten überschüssigen Energie, als auch als Katalysator, der Diffusionsbarrieren für Reaktanten und Aktivierungsbarrieren für Reaktionen senken kann. Sie können überdies auch direkt durch Atome oder funktionelle Gruppen an Oberflächenreaktionen teilnehmen. Um vollständig zu verstehen, wie solche Oberflächenreaktionen und deren katalytische Wirkung ablaufen, muss die Diffusion unabhängig gemessen werden. Labordiffusionsstudien zu Analoga kosmischer Staubkörner stellen jedoch Neuland dar. Die Diffusionsraten auf Stauboberflächen können sich erheblich von denen auf chemisch inerten Oberflächen und den zu untersuchenden astrophysikalisch-relevanten Eissorten unterscheiden. Das Ziel unserer Zusammenarbeit ist die Untersuchung der Diffusion von astrophysikalisch-relevanten Radikalen und Molekülen auf der Oberfläche von verschiedenen kosmischen Staubkornanaloga. Unsere Forschung wird das Verständnis der Oberflächenprozesse, die zur Bildung von wichtigen einfachen Molekülen wie H2 und H2O sowie komplexen organischen und präbiotischen Molekülen in astrophysikalischen Umgebungen, die von diffusen interstellaren Wolken bis zu Planeten-bildenden Scheiben und Atmosphären von Exoplaneten grundlegend verändern, reichen. Das gemeinsame Forschungsziel ist somit direkt mit Fragen unseres astrochemischen Erbes und der Existenz anderer bewohnbarer Planeten verknüpft. Dies ist sowohl für die astrophysikalische/astrochemische Gemeinschaft als auch für eine breite Öffentlichkeit von Interesse. Darüber hinaus könnte unsere Untersuchung der Oberflächendiffusion von Reaktanten zu neuen Anwendungen von kohlenstoff- und siliziumhaltigen Nanopartikeln in industriellen Prozessen wie Oxidation und Wasserstoffspeicherung führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Emanuele Congiu, Ph.D.