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Lars Mohrhusen Dr.

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Forschung

Globale Herausforderungen auf der Nano-Skala lösen

Von den Herausforderungen der Energiewende bis zur ökologisch-ökonomischen Produktion vieler Grundmaterialien, heterogene Katalysatoren sind Schlüsselmaterialien in einer Vielzahl von Prozessen. Unser Ziel ist die Entwicklung hybrider Material-kombinationen aus gut verfügbaren Elementen für den Einsatz als thermische und photochemische Katalysatoren. Wir kombinieren dabei oxidische Halbleiter (wie z.B. Titandioxid) mit anorganischen bzw. organischen Nanostrukturen.

Anhand von definierten Modellsystemen generieren wir durch Kombination mikroskopischer und spektroskopischer Methoden ein mikroskopisches Verständnis von relevanten Struktur-Eigenschaftsbeziehungen, Intermediate relevanter Reaktionspfade bis zu potentiellen Deaktivierungsmechanismen bis zur atomaren Ebene. Diese Ergebnisse sind die Basis für eine weitere Optimierung der Hybridmaterialien und den Transfer zu technisch skalierbaren Katalysatoren.

Methoden: Spektroskopie - Mikroskopie - Reaktivität

Unser Ansatz umfasst verschiedene Komplexitätsstufen: Einerseits gewinnen wir ein tiefgehendes Verständnis auf atomarer Ebene anhand gut definierter Modellsysteme. Andererseits werden die Erkenntnisse aus den Modellsystemen auf industriell nutzbare Materialien wie nano- und mesostrukturierte Pulver übertragen, die unter realistischeren Bedingungen getestet werden. Da jedoch eine tiefgehende Charakterisierung unter technischen Bedingungen oft technisch nicht einfach erreichbar ist, ergibt sich durch die Kombination dieser Studien ein umfassendes Bild.

Da chemische Reaktionen an den Oberflächen bzw. Grenzflächen ablaufen, werden oberflächensensitive Methoden unter Ultrahochvakuum (< 10-9 mbar) mit operando Experimenten nahe atmosphärischem Druck kombiniert. Wir nutzen die Synergie von vier Klassen von Methoden, um ein umfassendes Verständnis zu gewinnen und so die Puzzleteile zusammenzufügen:

  • Spektroskopie: Photoelektronenspektroskopie (XPS), Vibrationsspektroskopie (FTIR)
  • Mikroskopie: Rastertunnelmikroskopie (STM), Elektronenmikroskopie
  • Beugung: Elektronenbeugung (LEED), Röntgenbeugung (XRD)
  • Reaktivität: Temperaturprogrammierte Desorptionsspektroskopie (TPD), Mikroreaktoren

Diese Techniken gleichen effizient die Vor- und Nachteile der einzelnen Methoden aus, die hauptsächlich durch ihre (mikroskopische) Auflösung, die Stärke bei der Identifizierung von Elementen. Intermediaten usw., die Auflösung langreichweitiger geordneter Strukturen und natürlich die Detektion von Reaktionsprodukten (bzw. Pfaden) und zugrunde liegenden Kinetiken definiert sind. Daher sind unsere Studien eng mit der Nutzung solcher state-of-the-art Techniken verbunden, die insb. für photochemische Reaktionen anwendbar sind. In allen Bereichen tragen theoretische Modellierungen und Simulationen, die von Kollaborationspartnern bereitgestellt werden, entscheidend zur Unterstützung der experimentellen Ergebnisse bei.

Aktuelle Projekte

BMBF Projekt „Su2nCat-CO2” in der Förderlinie SINATRA: Nachhaltige Katalysatoren zur Umsetzung von CO2 mit Sonnenlicht

Im BMBF geförderten Projekt Su2nCat-CO2 : Nachhaltige Katalysatoren zur Umsetzung von CO2 mit Sonnenlicht (2024 – 2030) untersuchen wir zwei Ansätze zur Vermeidung von Edelmetallen und Elementen mit limitierter Verfügbarkeit in der Entwicklung neuartiger hybrider Photokatalysatoren auf Basis oxidischer Halbleiter. Das Projekt gliedert sich in drei Teilprojekte:

Anorganische Hybridmaterialien: Nanostrukturierte Ti-Halbmetalle auf oxidischen Halbleitern

Organisch-Anorganische Hybridmaterialien: Ausgedehnte konjugierte organischer Systeme an Halbleiteroberflächen

Mikroreaktoren zur online-Erprobung von Modellphotokatalysatoren unter operando-Bedingungen

Chemie-Webmaster (Stand: 25.09.2024)  | 
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