Zusammensetzung und Struktur von nanoporösem Au entlegiert aus AuAg und AuCu

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Rosenauer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255613253

Ein Hauptergebnis der ersten Periode des Projekts “Zusammensetzung und Struktur von ein- und bimetallischen nanoporösen Schäumen” der Forschergruppe 2213 war der Nachweis von Ag-reichen Bereichen in nanoporösem Au (npAu), das aus einer AuAg Legierung hergestellt wurde. Dieses überraschende Ergebnis wirft eine Reihe von Fragen bezüglich des Verständnisses der Bildung dieser Bereiche, deren Auftreten bei kleinen Restsilbergehalten und deren Oberflächenzusammensetzung auf. Man nimmt an, dass die Ag-reichen Bereiche einen Grund für die schlechte Reproduzierbarkeit der katalytischen Eigenschaften darstellen. Daher sollen in diesem Projekt die genannten Effekte systematisch untersucht und die Entwicklung von Präparationswegen zur Vermeidung von Ag-reichen Bereichen unterstützt werden.Gitterverzerrungen relativ zu einem Referenzbereich wurden in Ligamenten von npAu in der ersten Periode untersucht. Wir konnten experimentell nachweisen, dass das Gitter in zylinderförmigen Ligamenten axial kontrahiert und radial expandiert, was bereits mittels Kontinuumsmechanik theoretisch vorhergesagt wurde. In der zweiten Projektphase soll ein vertieftes Verständnis der Verzerrung gewonnen werden, indem die Verzerrungen absolut gemessen und mit simulierten Verzerrungen verglichen werden. Hierfür sollen die experimentell untersuchten Geometrien modelliert und die Strukturen basierend auf empirischen Potentialen relaxiert werden.In der zweiten Periode sollen zwei neue Systeme untersucht werden: Zum einen soll die Rolle des unedleren Metalls näher untersucht werden, indem anstelle einer AuAg Legierung AuCu verwendet wird. Es wird erwartet, dass die Verteilung des unedleren Metalls sehr komplex ist, da AuCu bei Temperaturen unter 380 °C in verschiedenen geordneten Phasen vorliegen kann, die mit jeweils unterschiedlichen Zusammensetzungen verbunden sind. Man erwartet stärkere Verspannungseffekte aufgrund der großen Gitterfehlanpassung zwischen Cu und Au (11,5%) im Vergleich zu AuAg (~0%). Zum anderen sollen poröse Nanopartikel eine Brücke schlagen zwischen der Längenskala der nur wenige nm großen reinen Nanopartikel und npAu Schäumen mit Ligamentgrößen von einigen 10 nm. In beiden Fällen hängen die Elementverteilung und Morphologie stark von den Entlegierungsparametern ab und können sich auch während der Katalyse verändern. Um zu einem vertieften Verständnis der katalytischen Eigenschaften zu gelangen, ist die Charakterisierung der Zusammensetzung, Verzerrung und Morphologie des npAu in unterschiedlichen Phasen eine unverzichtbare Vorrausetzung.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2213: Nanoporöses Gold als Prototyp für ein rationales Katalysatordesign