29.08.2022

Ladungstransfer blitzschnell verfolgen

Pikosekunden-zeitaufgelöste Photoelektronenspektroskopie wird am Berlin Joint Lab for Electrochemical Interfaces möglich.

Im Rahmen der Projektförderung des Rahmen­programms „Erforschung von Universum und Materie“ (ErUM) wurde Mitte August ein Projektantrag zum Thema „Untersuchungen des Ladungs­transfers an Grenzflächen mittels Pikosekunden-zeitaufgelöster Photo­elektronen­spektroskopie bei Umgebungsdruck“ bewilligt.

 

Abb.: Das BESSY-II-Gebäude, in dem das Projekt verwirklicht wird. (Bild: HZB /...
Abb.: Das BESSY-II-Gebäude, in dem das Projekt verwirklicht wird. (Bild: HZB / V. Mai)

Großgeräte der naturwissenschaftlichen Grundlagenforschung sind ein wesentlicher Teil der deutschen Forschungs­infrastruktur. Mit dem ErUM-Rahmenprogramm zielt das Bundes­ministerium für Bildung und Forschung (BMBF) daher auf eine kontinuierliche Steigerung der Leistungsfähigkeit und Verbreiterung des nutzungs­getriebenen Anwendungs­spektrums der naturwissenschaftlichen Großgeräte. Die Projektförderung zur Vernetzung von Hochschulen und Forschungsinfrastruktur hat zum Ziel, die wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Nutzungsmöglichkeiten der Großgeräte zu erweitern, deren Leistungsfähigkeit zu steigern sowie die Grundlagen für Forschungs­infrastrukturen einer nächsten Generation zu entwickeln.

Friedrich Roth aus der Arbeitsgruppe „Strukturforschung mit XFELs und Synchrotron­strahlung“ von Serguei Molodtsov vom Institut für Experimentelle Physik der TU Bergakademie Freiberg konnte nun erfolgreich eine Förderung vom BMBF über die Untersuchung von Ladungstransfer­dynamiken auf Pikosekunden Zeitskalen an Grenzflächen einwerben. Gemeinsam mit Kollegen vom Fritz-Haber-Institut Berlin und dem Helmholtz-Zentrum Berlin sowie dem Institut für Elektronik und Sensor­materialien der TU Bergakademie Freiberg soll in den kommenden drei Jahren das an der Synchrotron­strahlungsquelle BESSY II in Berlin bereits vorhandene Berlin Joint Lab for Electro­chemical Interfaces (BElChem-PGM Strahlrohr) durch einen Pikosekunden-Laser erweitert werden.

Dieser Laser erlaubt es, Pikosekunden-zeitaufgelöste Photo­elektonen­spektroskopie bei Umgebungsdruck (tr-APXPS) als neue Technik zu etablieren, um ein vielfältiges Forschungsprogramm zum Ladungstransfer an Grenzflächen auch unter realen Bedingungen aufzubauen. Diese Methode eignet sich besonders gut für die Untersuchung elektronischer und chemischer Zustände von Oberflächen aufgrund ihrer Element­spezifität und chemischen Empfindlichkeit. Das Institut für Elektronik und Sensor­materialien und die NaPaGen GmbH (als Ausgründung der TU Bergakademie Freiberg) unterstützen dabei das Projekt insbesondere durch die Synthese von Nano­partikeln mit gezielt angepassten Material- und Oberflächen­eigenschaften.

Die Erweiterung dieser bewährten Messmethodik hin zu zeitaufgelösten Studien unter Umgebungs­drücken hilft beim grundlegenden Verständnis von Grenzflächen­chemie sowie photo­induzierten Prozessen in komplexen Systemen. Sie ist damit ein Herzstück zur Untersuchung zahlreicher neuer Konzepte für die photo­katalytische Umwandlung von Sonnenlicht in Kraftstoff oder Elektrizität, die einen optimierten, konzertierten Fluss von Ladung und Energie auf molekularer Ebene erfordern. „Das Projekt leistet damit einen grundlegenden Beitrag zur Bewältigung aktueller gesellschaftlicher Herausforderungen wie das fortschreitende Energie­problem sowie des Klimawandels“ sagt Projektleiter Friedrich Roth.

TU Bergakad. Freiberg / DE

 

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