Elektrostatische Kontrolle von Ionenflüssen an Glassnanoporen

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Bund
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 65636066

• Erstellungsjahr: 2013

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt konnten durch intensive Verknüpfung von Experimenten und numerischen Simulationen grundlegende Beiträge zum Verständnis von Transportvorgängen in nanoskaligen Systemen geleistet werden. Im Fokus standen dabei die elektrostatischen Wechselwirkungen von geladenen Teilchen und Oberflächen. Bei den betrachteten Teilchen handelte es sich im Wesentlichen um Ionen; in Kooperation mit anderen Gruppen wurden aber auch größere Partikel betrachtet. Für bisher wenig verstandene experimentelle Befunde wie z.B. das Gleichrichtungsverhalten von größeren konischen Poren wurden plausible Erklärungen gefunden. Dabei zeigte es sich, wie mächtig die Kopplung von Experiment und darauf abgestimmter Numerik ist. Die verwendete Numerik beruht auf Kontinuumsmodellen (Poisson-Nernst-Planck), welche je nach Fragestellung um spezifische Elemente des impulsgetriebenen Stofftransports (Hydrodynamik) und des elektrochemischen Ladungstransfers (Butler-Volmer-Randbedingungen) ergänzt wurden. Basierend auf den Ergebnissen des Projekts können nun Vorschläge für das Design von Experimenten für die aktive Steuerung von Ionenflüssen in nanoskaligen Systemen gemacht werden. Die entwickelten Modelle sind ohne weiteres Übertragbar auf weitere elektrochemische Systeme wie z.B. galvanische Beschichtungsprozesse oder elektrochemische Energiespeicher und -wandler.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• On Numerical Simulation of Electrochemical Processes in Thin Layer Cells. Pacific Rim Meeting, Honolulu, USA, 12.-17. Oktober 2008
  Clemens Kubeil, Mike Mirkin, Henry S. White, Andreas Bund
  
• Ion-Current Rectification in Conical Glass Nanopores – A Numerical Investigation. 216th ECS Meeting, Wien, Österreich, 4.-9. Oktober 2009
  Clemens Kubeil, Henry S. White, Andreas Bund
  
• Ion-Current Rectification in Conical Glass Nanopores – how to control ion fluxes. 216th ECS Meeting, Wien, Österreich, 4.-9. Oktober 2009
  Clemens Kubeil, Henry S. White, Andreas Bund
  
• Fluxes at conical glass nanopores - experiments and digital simulations. Pacifichem, Honolulu, USA, 15.-20. Dezember 2010
  Andreas Bund, Clemens Kubeil
  
• Investigating Ion Fluxes at Glass Nanopores and Nanopore Electrodes: Experiments and Numerical Simulations. 8th International Symposium on Electrochemical Micro & Nanosystem Technologies, Cannes Mandelieu, Frankreich, 21.-24. September 2010
  Clemens Kubeil, Andreas Bund
  
• Ion fluxes at conical glass nanopores. 8th International Symposium on Electrochemical Micro & Nanosystem Technologies, Cannes Mandelieu, Frankreich, 21.-24. September 2010
  Andreas Bund, Clemens Kubeil
  
• Ion Fluxes at Nanopores and Nanopore Electrodes – Experimental and Theoretical Results. 61st Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, Nizza, Frankreich, 26. September – 1. Oktober 2010
  Clemens Kubeil, Henry S. White, Andreas Bund
  
• Influences of Bulk Conductivity and Double Layer Thickness on Ion-Current Rectification in Nanopores. 220th ECS Meeting, Boston, USA, 9.-14. Oktober 2011
  Clemens Kubeil, Andreas Bund
  
• The Role of Nanopore Geometry for the Rectification of Ionic Currents. Journal of Physical Chemistry C 115 (2011) 7866-7873
  Clemens Kubeil, Andreas Bund
  
• Double layer effects at nanosized electrodes. Faraday Discussion (2013)
  Clemens Kubeil, Andreas Bund
  
• Double layer effects at nanosized electrodes. Faraday Discussion Meeting 164: Electroanalysis at the Nanoscale. Durham, UK, July 1-3, 2013
  Andreas Bund, Clemens Kubeil