In situ TEM Nanoreaktor-Gaszelle

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 498128084

Der Lehrstuhl für Mikro- und Nanostrukturforschung (IMN) betreibt das hochmoderne Elektronenmikroskopielabor des Center for Nanoanalysis and Electron Microscopy (CENEM), einem interdisziplinären Zentrum mit Nutzereinrichtung der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Das CENEM ist dem FAU-Forschungsschwerpunkt „Neue Materialien und Prozesse“ zugeordnet und unterstützt die Forschenden der FAU mit der Bereitstellung von Großgeräten und Expertise sowie gezielter Methodenentwicklung im Bereich der hochauflösenden und nanoanalytischen Charakterisierung von Materialien. Im Methodenbereich der Transmissionselektronenmikroskopie betreibt das CENEM zwei aberrationskorrigierte Mikroskope, ein doppeltkorrigiertes monochromatisiertes 300 kV TEM/STEM sowie ein einfachkorrigiertes 200 kV TEM/STEM mit kalter Feldemission, wobei beide mit fortgeschrittenen analytischen Techniken (EDXS, EELS) ausgestattet sind. Ein Forschungsschwerpunkt des IMN und CENEM stellt die in situ Mikroskopie dar, die im gleichnamigen DFG-Graduiertenkolleg GRK 1896 seit Jahren stark vorangetrieben wird. In diesem Bereich betreibt das CENEM eine Vielzahl von in situ TEM-Probenhaltern, die in verschiedenen Verbundprojekten (SFB 1452, SFB-TR 103, SFB 953 und SFB 1411) eingesetzt werden. Ziel des neuen Sonderforschungsbereichs SFB 1452 „Katalyse an flüssigen Grenzflächen“ ist es, die hochdynamische Grenzfläche flüssiger Phasen zu nutzen, um Katalysatoren mit neuartigen Eigenschaften und einer bisher unerreichten Produktivität, Stabilität und Handhabbarkeit zu entwickeln. Die hier beantragte in situ TEM Nanoreaktor-Gaszelle ermöglicht die direkte Beobachtung und das Studium von strukturellen Prozessen auf der Nano- und atomaren Skala während der katalytischen Reaktionen und soll darüber weitreichende Einblicke in die mikroskopischen Mechanismen dieser neuen Klasse von Katalysatoren eröffnen. Entscheidend hierfür ist die Möglichkeit des beantragten Systems, die katalytischen Reaktionen und die damit korrelierten mikroskopischen Materialprozesse in operando unter kontrollierten Prozessbedingungen bzgl. Temperatur, Gaszusammensetzung und Druck sowohl massenspektrometrisch zu analysieren als auch mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung mikroskopisch zu charakterisieren. Die geplanten Analysen sollen dabei von einfachen Modellsystemen in Form von Schichten/Partikeln auf dünnen Substraten ausgehen und über strukturierte Substrate bis hin zu Untersuchungen an Katalysatoren auf porösen Trägern reichen, wie sie in realen Anwendungen zum Einsatz kommen. In einer weiteren Anwendung soll die in situ TEM Nanoreaktor-Gaszelle mit ihren weitreichenden Möglichkeiten im SFB-TR 103 “Vom Atom zur Turbinenschaufel – wissenschaftliche Grundlagen für eine neue Generation einkristalliner Superlegierungen” eingesetzt werden, um die Frühstadien der Hochtemperaturoxidation von einkristallinen Superlegierungen unter präzise kontrollierbaren Oxidationsbedingungen zu studieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: In situ TEM Nanoreaktor-Gaszelle
• Gerätegruppe: 5100 Elektronenmikroskope (Transmission)
• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Leiter: Professor Dr. Erdmann Spiecker