Anpassung der Elektrochemischen Leistung durch Strukturgestaltung in Metallnetzwerken

• Antragsteller: Dr. Pavel Khavlyuk, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 572081479

Die einzigartige Kombination aus ungeordneter Struktur und Selbstähnlichkeit in 3D-Metall-Aerogelen führt zu besonderen Eigenschaften. Jüngste Studien zeigen, dass die Kontrolle der Gitterstruktur, der Kristallfacetten und der Defekte entscheidend ist, um die Anzahl der aktiven Reaktionsstellen zu erhöhen und die katalytische Aktivität zu verbessern. Zwar könnte eine Echtzeitüberwachung der optischen und elektrochemischen Veränderungen wichtige Designparameter aufdecken und das Verständnis des elektrokatalytischen Mechanismus vertiefen, jedoch wird die spektral-elektrochemische In-situ-Analyse durch die schwarze, lichtabsorbierende Beschaffenheit von 3D-Metall-Aerogelen und die Schwierigkeit, repräsentative Bereiche aufgrund der stark variierenden Abdeckung zu identifizieren, erschwert. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, könnten kürzlich vorgestellte 2D-Metall-Aerogele eingesetzt werden. Daher ist das primäre Ziel dieses Forschungsvorhabens, Struktur-Leistungs-Abhängigkeiten von Metall-Aerogelen durch die Kombination zweier kürzlich entwickelter Ansätze zu ermitteln: 2D-Metall-Aerogele und spektroelektrochemische In-situ-Überwachung. Dazu werden strukturell vielfältige, filmartige 2D-Metall-Aerogele mit plasmonischen Eigenschaften synthetisiert und während elektrokatalytischer Experimente mittels hyperspektraler Bildgebung und optischer Dunkelfeldmikroskopie charakterisiert. Das Verständnis der Oberflächenprozesse und Reaktionsdynamiken wird dazu beitragen, die Leistungsfähigkeit und Reaktionsmechanismen verschiedener 2D-Aerogele zu unterscheiden. Darüber hinaus kann die Einführung anderer metallischer oder nichtmetallischer Elemente in das System die Adsorptionsenergie von Reaktionszwischenprodukten verändern und damit sowohl den Reaktionsweg als auch die Effizienz beeinflussen. Daher werden plasmonische 2D-Aerogele mit Edelmetallen bzw. Nichtedelmetallen versetzt, um die Selektivität für bestimmte Reaktionen zu verbessern. Das Hauptziel des Forschungsvorhabens besteht darin, durch die Messung der optischen und elektrochemischen Eigenschaften von morphologisch und strukturell unterschiedlichen 2D-Metall-Aerogelen in situ dringend benötigte Struktur-Leistungs-Beziehungen zu ermitteln. Diese Erkenntnisse werden dazu beitragen, grundlegende Fragen im Zusammenhang mit 3D-Metall-Aerogelen zu klären und kostengünstige 2D-Metall-Aerogele für praktische Anwendungen voranzutreiben. Da 2D-Metall-Aerogele bei der Synthese keine energieintensiven Anlagen erfordern und weniger Metallvorläufer verbrauchen, sind sie für Sensoranwendungen sehr vielversprechend. Daher werden im anwendungsorientierten Teil des Forschungsvorhabens die Veränderungen der optischen und elektrochemischen Eigenschaften von 2D-Metall-Aerogelen in Reaktion auf die Einwirkung flüchtiger organischer Verbindungen wie Ethanol und Methanol gemessen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle