Oxidische Nanostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Diwald; Professor Dr. Patrik Schmuki; Professor Dr. Hans-Peter Steinrück, seit 5/2019
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 214951840

Die kontrollierte Anordnung von Nanostrukturen und deren Funktionalisierung mit organischen Molekülen liefert Hybridmaterialien von hoher technologischer Bedeutung. Das Ziel des Projekts ist die kontrollierte Herstellung und detaillierte Charakterisierung von Hybridmaterialien aus Oxid-Nanostrukturen und organischen Molekülen. Mit diesem Ansatz adressiert das funCOS 5-Projekt einen zentralen Aspekt des gesamten Konsortiums, nämlich das functional landscaping of molecular films on oxide surfaces. Über verschiedene Methoden sollen komplementäre Modellsysteme hinsichtlich ihres Adsorptionsverhaltens erforscht werden. Dieser Ansatz umfasst: (i) die Adsorption von funktionalen Molekülen (Porphyrinen) auf dünnen Metalloxid-Filmen, (ii) den nanolithografischen Einsatz eines fokussierten Elektronenstrahls zur räumlich kontrollierten Zersetzung ausgewählter Metalloxid-Vorläufersubstanzen, (iii) die chemische Gasphasensynthese von Oxidnanopartikeln und (iv) das elektrochemische Wachstum von Nanostrukturen in Elektrolyt-Lösungen. Hiermit sollen belastbare Synthese- und Wachstumsprotokolle für getragene und ungetragene Nanostrukturen verschiedener Zusammensetzung und einstellbarer Komplexität erstellt werden. Die Wachstumsprozesse reichen von der Erzeugung Übergangsmetalloxid-dotierter Wirtoxide (z. B. feste Lösungen des CoO-MgO-Systems) zu Kompositen und als Nanoröhren gewachsenen CoOx-TiO2-Überstrukturen. Auf verschiedenen Längenskalen werden wir den Prozess der Strukturbildung und dessen Einfluss auf die Adsorptionseigenschaften und Reaktivität der Oxide untersuchen. Durch den hier gewählten Forschungsansatz soll die Struktur der Metalloxide auf verschiedenen Längenskalen optimiert werden, um speziell für die Porphyrin-Adsorption eine neue Klasse an Templaten zu erhalten und Hybridmaterialien mit besser einstellbaren Eigenschaften zu gewinnen.Die Untersuchung des Adsorptions- und Anordnungsverhaltens von Porphyrinen auf der Oxidoberfläche wird detaillierte Einblicke in material- und strukturspezifische Parameter gewähren, die sowohl Molekül-Substrat als auch Molekül-Molekül-Wechselwirkungen und deren Wechselspiel bestimmen. Lokale Wechselwirkungen zwischen charakteristischen Strukturen auf der Oxidoberfläche (z. B. Ecken, Kanten, thermische und Elektronenstrahl-induzierte Fehlstellen) und organischen Molekülen sollen untersucht werden. Wir werden den Einfluss von Hydroxylgruppen und adsorbiertem Wasser i) auf die Stabilität der Nanostrukturen, ii) auf Adsorption und iii) auf die resultierenden funktionellen Eigenschaften aufklären. Die enge Zusammenarbeit mit allen anderen funCOS-Projekten dieser Forschergruppe schafft die einzigartige Möglichkeit, molekulare Erkenntnisse, die durch Oberflächenstudien auf atomar sauberen, einkristallinen Oberflächen gewonnen wurden, auf 2- und 3-dimensionale Nanomaterialien mit hohem Oberflächenanteil und - hinsichtlich Struktur und Zusammensetzung - variabel einstellbarer Komplexität zu übertragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1878: funCOS - Funktionale molekulare Strukturen auf komplexen Oxidoberflächen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr.-Ing. Manuela S. Killian
• Ehemaliger Antragsteller: Privatdozent Dr. Hubertus Marbach, bis 5/2019