Institut für Elektrochemie

Forschungsbereich - Plasmakatalyse

Die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Plasmen und den Oberflächen von Feststoffen hat nicht nur eine hohe Bedeutung für das grundlegende Verständnis entsprechender Grenzflächen sondern auch für die Anwendung in der Katalyse oder im Energiebereich. Aufgrund der einzigartigen physikalischen Eigenschaften von Plasmen können Strukturen an Grenzflächen verändert, neue Wege zur Nanostrukturierung von Oberflächen eröffnet und die katalytische Aktivität von katalytisch aktiven Oberflächen erhöht werden. Im Laufe des letzten Jahrzehnts, haben Untersuchungen zur Wechselwirkung von Plasmen mit wässrigen Systemen an Bedeutung gewonnen, allen voran in medizinischen und biologischen Bereichen, der Aufarbeitung von Abwasser, der Herstellung von Nanopartikeln und Materialveränderung oder -funktionalisierung. Unter bestimmten Umständen können mit Plasma behandelte Elektroden auch als Elektrokatalysatoren eingesetzt werden.

Experiment

Im letzten Jahrzehnt, hat die Anwendung von Plasmen in der heterogenen Gasphasenkatalyse an Bedeutung gewonnen. Im Gegensatz dazu sind Untersuchungen zu Plasma-induzierten Strukturbildungen von elektrokatalytischen Materialien oder der Einfluss von Plasmen  auf elektrokatalytische Prozesse eher selten. Das Ziel unseres Forschungsvorhabens in diesem Bereich ist (i) die Entwicklung geeigneter experimenteller Ansätze zur Untersuchung von Plasma-Elektrokatalyse, (ii) die Herstellung von Plasma induzierten elektrokatalytisch relevanten Modellelektroden in Lösung und (iii) die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen in-Lösung generiertem Plasma und dessen Spezies auf eine elektrochemische Elektrode, welche sich in der Nähe der Plasma Elektrode befindet. Um ein vollständigeres Bild der einzelnen Grenzflächen zwischen Elektrode, Elektrolyt und Plasma zu erlangen sollen elektrochemische, oberflächensensitive und plasmasensitive analytischen Methoden miteinander kombiniert werden. Zusätzlich, soll ein besseres Verständnis der Strukturbildung als auch der zugrundeliegenden Mechanismen elektrokatalytischer Reaktionen in Anwesenheit von verschiedenen Plasma-Typen erarbeitet werden.

Theorie

Während für kleine Modellsysteme angeregte Zustände bzw. Plasmen mittels Multikonfigurations-SCF-Verfahren sowie der Multireferenz-Störungstheorie beschrieben werden können, ist die Modellierung von Oberflächen/Plasma Grenzflächen aufgrund des hohen Rechenaufwands mit diesen Ansätzen nicht möglich.
Ziel unserer Aktivitäten ist es daher, basierend auf quantenmechanischen und (reaktiver) molekulardynamischen Methoden, neue theoretische Ansätze zur Modellierung von Oberflächen/Plasma Grenzflächen zu entwickeln. Die neuen Verfahren sollen dazu beitragen die Morphologie sowie die ablaufenden Prozesse an der Oberflächen/Plasma Grenzfläche besser zu verstehen und die Mechanismen der plasmakatalysierten Reaktionen aufzuklären.

Dieses Projekt ist ein Teil des Sonderforschungsbereich SFB-CRC1316.