01.10.2021

Komplexe Materialien zähmen

Neuer Forschungsbereich der Wiener Universitäten beschäftigt sich mit Oxidverbindungen.

Wie lassen sich Materialien zähmen? Der Spezial­forschungs­bereich TACO, kurz für TAming COmplexity in Materials Modeling, stellt sich dieser Herausforderung. Denn komplexe neue Materialien wecken nicht nur das wissenschaftliche Interesse bei Physikern und Chemikern, auch versprechen sich die Wissenschaftler einen konkreten Nutzen von neuen Oxid­verbindungen. Die Forschungs­arbeiten von TACO und seinen zehn Teil­projekten starteten bereits im März 2021 und werden im Jahr 2025 abgeschlossen werden. Der Spezial­forschungs­bereich TACO wird vom Wissenschaftsfonds FWF mit insgesamt 4 Millionen Euro gefördert.

 

Abb.: Probenhalter im Ultrahoch­vakuum, auf dem eine Material­probe montiert...
Abb.: Probenhalter im Ultrahoch­vakuum, auf dem eine Material­probe montiert ist. (Bild: TU Wien)

Ein Problem, das sich mithilfe neuartiger Materialien lösen lässt, ist unter anderem die Gewinnung und Speicherung von Energie. Eine vielversprechende Methode ist dabei die Foto­katalyse, wobei chemische Reaktionen durch Licht ausgelöst werden. Gelingt es zum Beispiel, auf diese Weise Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten, so ließe sich reiner Wasserstoff herstellen, der später zur Energiegewinnung genutzt werden kann – und das ganz ohne Kohlendioxid-Emissionen zu verursachen. Um ein solches Verfahren zu etablieren, müssen zunächst grundlegende Prozesse verstanden werden. „Bei der Fotokatalyse etwa möchten wir zunächst verstehen, wie sich die Wassermoleküle an der Oxid­grenzfläche ausrichten und welche Reaktionen dort genau ablaufen, bevor es zur Fotokatalyse von Wasser kommt“, erklärt Stefan Uttenthaler, Koordinator des Projekts.

Bereits im Spezialforschungsbereich vorhanden ist das Wissen, wie sich nanostrukturierte Oxide für die Energie­gewinnung nutzen lassen. Aus Kohlen­dioxid synthetisch hergestellter Alkohol etwa wäre eine hervorragende Möglichkeit, diese Treibhausgas positiv einzusetzen. Um auch Energie­gewinnungs­methoden besser zu verstehen, die bereits in der Anwendung sind, gilt es auf atomarer Ebene zu erforschen, welche Prozesse dabei ablaufen.

Der neue Spezialforschungsbereich markiert nicht nur eine enge Zusammenarbeit zwischen TU Wien und Uni Wien, auch arbeiten Theoretiker und Praktiker bei TACO eng zusammen, ebenso wie Mensch und Maschine. „Mit der Spezial­forschungs­bereich-Förderung erhalten Forschende die Möglichkeit, in eng vernetzen Teams über mehrere Jahre hinweg einer Forschungsfrage auf den Grund gehen zu können. Ziel ist es, gänzlich neue Erkenntnisse zu gewinnen,“ erklärt Christof Gattringer, Präsident des Wissenschafts­fonds FWF, und wünscht dem Team viel Erfolg. Im Rahmen des Projekts sollen sowohl vorhandene Materialien untersucht und das Verständnis von diesen erhöht werden als auch neue Materialien entstehen.

„Bei der Entwicklung neuer Materialien müssen Theorie und Praxis stets eng zusammen­arbeiten,“ erklärt Georg Kresse von der Uni Wien, „denn die Möglichkeiten, wie sich die Material­struktur verändern lässt, sind riesig.“ Um potenzielle Kandidaten zu identifizieren, greifen die Theoretiker gerne auf Algorithmen des maschinellen Lernens zurück, die die Berechnung möglicher Konfigurationen beschleunigen. Bei diesen Berechnungen wird nicht nur die Konzentration und Position der verschiedenen Elemente berechnet, auch lassen sich bereits Annahmen über die Stabilität der Struktur sowie katalytische Eigenschaften treffen. „Im Labor können wir schließlich überprüfen, ob die theoretischen Vorhersagen korrekt sind“, sagt Ulrike Diebold, Leiterin von TACO.

Um einen kontinuierlichen Wissens­austausch sicherzustellen, treffen sich die Projekt­partner regelmäßig – wie auch bei der öffentlichen Vorstellung von TACO im September. Dabei sollen die Forschungs­ergebnisse auch über die Universitäts­grenzen hinaus kommuniziert werden.

TU Wien / DE

 

Weitere Infos

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Virtuelle Jobbörse

Virtuelle Jobbörse
Eine Kooperation von Wiley-VCH und der DPG

Virtuelle Jobbörse

Innovative Unternehmen präsentieren hier Karriere- und Beschäftigungsmöglichkeiten in ihren Berufsfeldern.

Die Teilnahme ist kostenfrei – erforderlich ist lediglich eine kurze Vorab-Registrierung.

Meist gelesen

Themen