Das Projekt "Zentrum für Innovationskompetenz SiLi-nano, Nachwuchsgruppe Light-for-Hydrogen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Institut für Physik, Zentrum für Innovationskompetenz (ZIK), Sili-nano durchgeführt. Zentrales Forschungsgebiet der NWG L4H sollen Arbeiten für einen erhöhten Licht-nach-Wasserstoff Effizienz mittels Benutzung von speziell designter Nanostrukturen und ein vertieftes Verständnis von den Vorteilen und Nachteilen der Benutzung von diesen Nanostrukturen für Fotokatalytische Wasserspaltung sein. Mittel- bis langfristiges Ziel ist es dabei, am Ende eine Fotoelektrochemische Zelle zu ermöglichen, welche effizient Wasserstoff und Sauerstoff produziert ohne Anlegung einer Vorspannung. Das Projekt der NWG L4H konzentriert sich auf die Erforschung und Verbesserung der photokatalytischen Licht- Wasserstoffeffizienz von speziell (eindimensionalen) Nanostrukturen. Dies wird erreicht, indem die Untersuchung und verschiedene Beschichtungstechniken zu vergleichen (z.B. Templating, galvanische Abscheidung oder Elektrospinnen) für die Herstellung dieser Nanostrukturen mit unterschiedlichen Materialien (zum Beispiel Metall-organische Gerüste, CuFeO2, BiVO4 und CuBi2O4). Die photoelektrochemische und -katalytische Effizienz dieser Nanostrukturen soll durch photoelektrochemische (PEC) und Gaschromatographie (GC) -Messungen untersucht werden, in Kombination mit der Untersuchung ihrer physikalischen Eigenschaften unter Verwendung der zeitaufgelösten Spektroskopie und Oberflächenphotospektroskopie.
Das Projekt "Teilprojekt: Charakterisierung komplexer Metalloxide hinsichtlich Stöchiometrie, Struktur und Defektbildung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Festkörperphysik durchgeführt. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Elektroden komplexer oxydischer Materialien zur lichtinduzierten Spaltung von Wasser. Neben BiVO4 als Modellsubstanz sollen die Wolframate CuWO4 und FeWO4 präpariert und hinsichtlich ihrer Defektchemie untersucht werden. Dies umfasst die kontrollierte Synthese der Metalloxid-Absorberschichten auf verschiedenen Substraten sowie die Untersuchung der Struktur-Eigenschafts-Beziehung der Schichten. Eine wichtige Rolle spielt dabei, welche Strukturdefekte einen kritischen Einfluss auf die photoelektrochemischen Eigenschaften der Oxide haben und wie sich Defekte oder eine Dotierung auf Konzentration, Mobilität und Lebensdauer von angeregten Ladungsträgern auswirken. Der Beitrag der Friedrich-Schiller-Universität Jena am Verbundvorhaben besteht in der Untersuchung von gewachsenen Metalloxidschichten auf verschiedenen Substraten. Mittels Ionenstrahlverfahren werden die chemische Zusammensetzung sowie bei heteroepitaktischem Wachstum auch die Kristallstruktur der Schichten tiefenabhängig in Abhängigkeit von den Herstellungsparametern analysiert, um die Präparationsbedingungen zu optimieren. Geeignete Schichten werden dann verwendet, um Defekte in diesen Materialien zu studieren. Dabei bietet die Ionenimplantation die Möglichkeit gezielt Defekte zu erzeugen. Diese werden charakterisiert und ihr Einfluss auf die photokatalytischen Eigenschaften wird untersucht, um optimale Bedingungen für Elektroden zur Wasserspaltung herzustellen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Experimentelle Aufklärung der Phasengrenze Oxid/Elektrolyt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH durchgeführt. Im Teilprojekt GEP-KOE sollen Grenzflächen zwischen wohldefinierten komplexen Halbleiteroxidschichten und wässrigen Elektrolyten mittels der in-situ weich- und hart-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie untersucht werden. Insbesondere streben wir an, die chemische und elektronische Struktur der Grenzflächen zwischen Wismutvanadat-Einkristalloberflächen ( (010) und (110) Orientierung) und reinem Wasser, sowie Kaliumchlorid und Kaliumphosphat-Pufferelektrolyten zu untersuchen. Wismutvanadat wurde erfolgreich als Oxidphotoanode für die Wasserspaltung eingesetzt. Mittels der in-situ Photoelektronenspektroskopie an Einkristallen soll das Verständnis dieser technologisch bedeutenden Grenzfläche auf molekularem Niveau aufgeklärt werden. Hauptziel des Teilprojekts ist ein fundamentales Verständnis der Grenzfläche zwischen Wismutvanadate (BiVO4) und dem Kaliumphosphat(Kp)-Elektrolyt auf molekularem Niveau. Dazu wird ein reduktionistischer Ansatz verfolgt: ausgehend von einer ausführlichen Charakterisierung der (010) und (110)-BiVO4-Kristalloberfläche wird anschließend die Kp-Elektrolyt-Schicht Schritt für Schritt auf der Oberfläche des Einkristalls aufgebaut. Die Flexibilität des experimentellen Ansatzes hinsichtlich Wahl der Einkristalloberfläche ((010) und (110), des Elektrolyts (reines H2O, KCl-Lösung, Kp-Lösung), der experimentellen Technik (UHV-XPS, nap-XPS, nap-HAXPES) sowie diverser externer Parameter , wie anliegende Spannung oder Beleuchtung erlaubt es die Einflussfaktoren Oberflächenstruktur, Elektrolytzusammensetzung und spezifische Adsorption zu entflechten und zu bestimmen wie externe Parameter die Eigenschaften der BiVO4/Kp-Elektrolyt Grenzfläche auf molekularem Niveau beeinflussen.