Adsorption, Ordnung, Stabilität und Barrierefunktion von Organothiol- und Organophosphonsäure-Monolagen auf Bismutoberflächen (BiMoSta)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Guido Grundmeier; Professor Dr. Wolf Gero Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575166306

Metallische Bismut-Strukturen haben hohes Anwendungspotential z.B. für Sensorik, sekundäre Batterien, elektrochemische Meerwasserentsalzung oder in der Medizintechnik. Die Eigenschaften dieser Bismut-Strukturen in zumeist wässrigen Umgebungen sowie ihre Stabilität unter Einsatzbedingungen werden stark durch deren Oberflächenchemie beeinflusst. Daher ist es von großem Interesse, über die Adsorption organischer Monolagen mit variierender chemischer Struktur und Ordnungsgrad Funktionseigenschaften und deren Stabilität zu steuern. Inhalt des Projekts sind kombinierte experimentelle und theoretische Untersuchungen zur molekularen Funktionalisierung von Bismut mit Organothiolen und Organophosphonsäuren. Insbesondere soll die Ordnung und Defektdichte von Monolagen von verschiedenen Organothiolen und Organophosphonsäuren durch die Einstellung von Oxidbelegung, Kettenlänge der Moleküle sowie Adsorptionszeit kontrolliert und in ihrem Einfluss auf die Eigenschaften der Bi-Oberfläche untersucht werden. Durch die gemeinsame experimentelle und theoretische Untersuchung der Systeme zielt das Projekt auf ein grundlegendes Verständnis der Strukturen und Prozesse, welches auch Voraussagen zu den Eigenschaften modifizierter Bismut-Oberflächen ermöglicht. Mittels spektroskopischer, mikroskopischer und elektrochemischer Methoden erfolgt die Aufklärung der Monolagenadsorption sowie deren Ordnung und Defektstruktur als Funktion der oxidischen bzw. metallischen Terminierung der Oberfläche sowie in Abhängigkeit der Funktionsgruppen der Monolagen. Durch die Berechnung von Ober- und Grenzflächenstrukturen, der Reaktionskinetik sowie von Phasendiagrammen und spektroskopischen Signaturen unterstützt die Theorie beim Verständnis der schwingungs- und elektronenspektroskopischen Daten und deren Interpretation in Bezug auf die Struktur der Grenzfläche, deren Bindungsverhältnisse und Eigenschaften. Die Analyse der elektrochemischen Zyklenstabilität der Monolagen sowie die Korrelation von Chlorid-Einbau-Kinetik und Metallauflösung mit der Monolagenstruktur soll zu einer Entwicklung prädiktiver Modelle zur Adsorption, Barrierewirkung und Stabilität organischer Belegungen auf Bi-Oberflächen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen