"Surface Nanokinetics"
Chemische Kinetik und Dynamik an nanostrukturierten Oberflächen und Grenzflächen
Strukturierungsverfahren und die Kontrolle chemischer und physikalischer Eigenschaften in der Materialforschung, heterogen katalysierte Prozesse in der chemischen Industrie, Umwelt- und Energietechnik, nanotechnologische Fertigungsverfahren, biochemische oder chemische Sensortechnologien, Reaktionen an Aerosolpartikeln in der Atmosphärenchemie: Dies sind nur wenige Beispiele für Forschungsbereiche, in denen chemische Reaktionen und physikalische Prozesse an Nanopartikeln und komplex strukturierten Oberflächen eine entscheidende Rolle spielen. Hierdurch motiviert ist in den letzten Jahren aus den Kernbereichen der Chemie eine Vielzahl interdisziplinärer Verbindungen gewachsen, die häufig unter dem Stichwort „Nanotechnologie“ zusammengefasst werden. Bis heute ist das Verständnis der vieler chemischen Vorgänge, die den oben genannten Prozessen zugrunde liegen, aber weitgehend auf einfachste Modellsysteme beschränkt, während sie unter realen Bedingungen jedoch meist an äußerst komplexen, Phasengrenzflächen ablaufen. Dieser Gegensatz zwischen Modell und Realität stellt uns vor eine neue Herausforderung. Ziel der Arbeitsgruppe ist es, einen Beitrag zum Verständnis von Mechanismen, Kinetik und Dynamik chemischer Reaktionen an komplexen Grenzflächen auf molekularer zu liefern.
Dazu hören folgende Arbeitsbereiche:
Präparation / chemische und strukturelle Charakterisierung nanostrukturierter Oberflächen und Grenzflächen sowie getragener Nanopartikel

• Systeme: Das Spektrum reicht dabei von oxidgetragen Metallkomplexen, Clustern und Partikeln im Größenbereich einzelner Atome bis hin zu Aggregaten im Nanometer- bis Mikrometerbereich. Hinzu kommen alternative Materialen wie z.B. oxidische Nanopartikel.

• Präparation: Metalldeposition, lithographische Strukturierungsverfahren (in Kooperation), Deposition metallorganischer / anorganischer Komplexe (in Kooperation) u.a.

• Charakterisierung: Oberflächenspektroskopische (LEED, AES, IRAS, TPD) und mikroskopische Verfahren (in Kooperation).
  

Chemische Dynamik und Kinetik an komplex strukturierten Grenzflächen

• Multi-Molekularstrahlexperimente zur Elementarkinetik und Dynamik chemischer Reaktionen an gut charakterisierten komplexen Grenzflächen.

• Zeitaufgelöste spektroskopische Untersuchungen zum Mechanismus und zu Kinetik und Dynamik von Oberflächenreaktionen.

• Reaktorexperimente und in-situ-Spektroskopie zur Verknüpfung der Vakuum-experimente mit ambienten Reaktionsbedingungen.
  

Modellbildung für dynamische und kinetische Prozesse

• Mikrokinetische Modellbildung für chemische Reaktionen an nanostrukturierten Systemen
  

Die Ziele dieser Aktivitäten lassen sich dabei wie folgt zusammenfassen:

• Entwicklung von Struktur-Reaktivitäts-Beziehungen für nanostrukturierte Reaktionssysteme, insbesondere Oberflächen und Grenzflächen.

• Entwicklung eines mikroskopischen Verständnisses der Kinetik und Dynamik an nanostrukturierten chemischen Reaktionssystemen und Nanopartikeln.

• Eine mikroskopisch fundierte Modellbildung unter Ausrichtung auf angewandte Fragestellungen in den Bereichen Heterogene Katalyse, Energietechnik, Umwelttechnik, Materialwissenschaften u.a.

Prof. Dr. C. R. Henry, CRMCN–CNRS, Marseille, Frankreich; Prof. Dr. N. Rösch, Technische Universität München, Dr. K. Neyman, Universität Barcelona, Spanien; Prof. Dr. B. Kasemo, University of Technology, Göteborg, Schweden, Prof. Dr. V. Zhdanov, Boreskov Institute of Catalysis, Russische Akademie der Wissenschaften, Novosibirsk, Russland; Dr. C. S. Gopinath, National Chemical Laboratory, Puna, Indien; Prof. Dr. M. Bäumer, Universität Bremen, Projekt; Fa. Umicore AG & Co. KG, Bereich „Automotive Catalysts“; Prof. Dr. P. Schmuki, Universität Erlangen; Prof. Dr. H.-J. Freund, FHI-Berlin, Prof. Dr. G. Rupprechter, TU Wien.

• Aufklärung des Mechanismus der Fischer-Tropsch Synthese mit Hilfe der hochauflösenden Elektronenergieverslustspektroskopie
  
• Entwicklung von Katalysatoren für Anoden der DMFC
  
• Untersuchungen der Adsorptionskinetik von Fe(CO)5 und CO auf Si(111) mit zeitabhängiger HREELS im Temperaturbereich 100 K und 870 K.