Das Projekt "Theoretische Untersuchungen der Sauerstoff-Reduktion in nichtwässriger Lösung in Hinblick auf Lithiumbatterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Ulm, Fachbereich Chemie, Institut für Theoretische Chemie durchgeführt. Die Sauerstoffreduktion in nichtwässriger Lösung ist der wichtigste, und bisher weitgehend unverstandene, Elementarschritt in Lithium-Luft Batterien. Diesen Schritt wollen wir theoretisch aufklären, wobei folgende Methoden zum Einsatz kommen: Dichtefunktionaltheorie (DFT) und Molekulardynamik (MD). Die Ergebnisse werden in einer von begründeten Theorie zur Elektrokatalyse verwendet. Zur Anwendung in nichtwässriger Lösung muss unsere Theorie weiterentwickelt werden. Ziel dieses Antrags ist vor allem der Austausch von wissenschaftlichen Personal. Neben den beiden Antragsstellern sollen junge Wissenschaftler für längere Zeit den jeweiligen Partner besuchen, dort an dem Projekt arbeiten und gleichzeitig neue Methoden kennenlernen. Das Projekt soll gleichzeitig der Vorbereitung einer größeren deutsch-argentinischen Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Lithiumbatterien dienen. Dazu werden wir uns mit argentinischen Kollegen auf einer Tagung in Buenos Aires beraten. Das Projekt lässt sich in folgende Aufgaben einteilen: (1) DFT Rechnungen für Sauerstoff an diversen Elektrodenmaterialien; hier wird die Energie und die Zustandsdichte des Sauerstoffs vor einer Metallelektrode als Funktion des Abstands berechnet. (2) Entwicklung eines Kraftfelds für DMSO vor den Elektrodenmaterialien. (3) Simulationen für Sauerstoffionen in DMSO, insbesondere Berechnung des Potential der mittleren Kraft (pmf). Dieses beschreibt die Änderung in der freien Solvatisierungsenergie, wenn sich das Ion der Elektrode nähert. (4) Berechnung der Potentialfläche für den ersten Schritt der Reduktion von Sauerstoff; daraus wird die Aktivierungsenergie und schließlich die Reaktionsgeschwindigkeit berechnet. Dies erlaubt uns zu bestimmen, welche Bedingungen günstig sind. (5) Betrachtung von Folgereaktionen. In der zur Verfügung stehenden Zeit können wir nur verschiedene Möglichkeiten ausloten.
Das Projekt "Teilantrag: Bandstrukturdesign für Silizium-basierte Dünnschichtmaterialien mittels parameterfreier Elektronenstrukturberechnungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Jena, Institut für Festkörpertheorie und -optik durchgeführt. Ziel des beantragten Verbundprojektes SINOVA ist die Entwicklung und Nutzung siliziumbasierter, nanostrukturierter Dünnschichtmaterialien als innovative funktionelle Elemente für hocheffiziente Solarzellen der nächsten Generation. Das Jenaer Teilprojekt ist auf die theoretische Untersuchung und Vorhersage der Eigenschaften von Nanostrukturen und Grenzflächen, die in diesen Materialien vorkommen, gerichtet. Fragestellungen sind beispielsweise, ob die photogenerierten Ladungsträger über den Tunneleffekt aus den Nanostrukturen ausgekoppelt werden und damit zur Ladungsträgertrennung bzw. dem Photostrom beitragen können. Es werden parameterfreie Rechnungen für die neuen Materialien und Strukturen durchgeführt. Sie basieren i.w. auf Untersuchungen der vielen Elektronen und Rümpfe im System, also einer vollquantenmechanischen Behandlung eines Vielatomsystems mit vielen Freiheitsgraden, im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie. Sie werden ergänzt durch die Untersuchungen der optischen Anregungen und der einzelnen Elektronen und Löcher. Die Untersuchungen basieren auf dem Vielteilchen-Know-How, das wir in den letzten Jahren in Jena entwickelt haben. Das theoretisch-rechentechnische Niveau und die Ansprüche an die Codes und ihre Weiterentwicklung sind so hoch, dass ein Postdoc, also ein erfahrener Wissenschaftler, die Arbeiten durchführen muss. Unsere Aktivitäten sind gerichtet auf die Entwicklung neuer Materialien und Strukturen und deren Einsatz in neuartigen photovoltaischen Bauelementen. Ein solches Thema kann nur in Kooperation bearbeitet werden. Für uns als Theorie- bzw. Computerphysik-Gruppe sind die Arbeiten thematisch und vom Umfang her viel zu risikoreich, als dass wir diese aus unseren laufenden Landesmitteln finanzieren könnten. Hierzu sind dringend Verstärkungen durch einen Drittmittelgeber erforderlich. Umfang, Resourcenbedarf, Rechentechnikanforderungen gehen weit über das hinaus, was wir sonst verkraften können.
Das Projekt "Die Rolle von Huminstoffen in biogeochemischen Prozessen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Bodenforschung durchgeführt. Schadstoffe bedeuten ernsthafte Gefahren für die Qualität der Luft, der Wasserversorgung und der Böden. Das Verständnis des Transportes, der Fixierung, Akkumulationg und Transfer von Schadstoffen in der Umwelt ist von höchster Bedeutung für die Beurteilung von Bodenverunreinigungen und für die Anwendung von Sanierungstechniken. Das Verhalten der Schadstoffe in Böden wird durch Adsorptionsprozesse bestimmt, welche den Transport dieser Substanzen, mikrobiellen Abbau und Aufnahme durch Pflanzen über die Wurzeln, und dadurch den Transfer der Schadstoffe in andere Segmente des Ökosystems und sogar der Nahrungsmittelkette, sehr stark beeinflussen. Organische Bodensubstanz ist die bedeutendste Quelle für aktiven Kohlenstoff auf der Erde, und Huminstoffe stellen davon den wichtigsten Anteil dar. Huminstoffe kommen in großer Verbreitung vor und sind in fast allen Boden- und Wassersystemen zu finden, wobei sie Bodenfunktionen und Wassereigenschaften stark beeinflussen. Es ist das Ziel dieses Projektes, umfassende Modelle für die Huminstoffe in der Form mikroskopischer Subszenarien (Oligomer- und Polymerstrukturen von z.B. Polyakrylsäure und Modifikationen, Struktureinheiten von Lignin und Zellulose) zu entwickeln, um mit Hilfe theoretischer und experimenteller Methoden die Wechselwirkungen spezifischer chemischer Gruppen oder Kombinationen von Gruppen, die die Aktivität des organischen Bodenmaterials darstellen, mit organischen Substanzen, hauptsächlich bestimmte Klassen von Pestiziden, zu untersuchen. Kationenbrücken und Kationenretention stellen eine der wichtigsten Forschungsfragen dieses Projektes dar. Die theoretischen Untersuchungen werden auf der Basis von Molekulardynamik- und Monte Carlo Rechnungen, welche auf Dichtefunktionaltheorie basiert, gefolgt von Kraftfelduntersuchungen, durchgeführt. Die experimentellen Sorptionsuntersuchungen, welche die Wechselwirkung der organischen Verbindungen mit ausgewählten Huminstoffmodellen beschreiben, werden mit den Resultaten der theoretischen Simulationen im Detail verglichen werden. Dieses Projekt sollte zu einer besseren Konzeptualisierung der Wechselwirkung organischer Verbindungen mit Huminstoffeinheiten in Bodensystemen und zu einem Klassifizierungsschema der verschiedenen Wechselwirkungen führen. Die angestrebten Resultate sollen nicht nur zu einem besseren prinzipiellen Verständnis von Bodenprozessen führen, sondern auch zu einer umfassenden Beschreibung spezifischer Problemstellungen und Bodenzustandsszenarien.