Molekül-Oxid-Bindungsbildung

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Libuda; Professor Dr. Hans-Peter Steinrück
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 214951840

Das wissensbasierte Design von Molekül-Oxid-Grenzflächen erfordert ein detailliertes Verständnis der Bindungsbildungsprozesse. Um dies zu erlangen, kombiniert funCOS 3 in enger Zusammenarbeit mit den funCOS-Partnern Schwingungsspektroskopie (Infrared Reflection Absorption Spectroscopy) und Photoelektronenspektroskopie (X-Ray Photoelectron Spectroscopy auch mit Synchrotronstrahlung, auch Near Edge X-Ray Absorption Fine Structure) als komplementäre spektroskopische Verfahren (neben einer Reihe weiterer Methoden): Von Untersuchungen im Ultrahochvakuum (UHV) ausgehend soll durch die Kombination mit In-Situ-Spektroskopien bei Umgebungsdruck und an Fest-Flüssig-Grenzflächen die Brücke zwischen idealen und realen Bedingungen geschlagen werden (Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy, Polarization-Modulation IRAS, Near Ambient Pressure XPS, Electrochemical Infrared Reflection Absorption Spectroscopy). Zusätzlich werden UHV-Untersuchungen und Untersuchungen in flüssiger Phase direkt gekoppelt.Die in funCOS 3 geplanten Untersuchungen liefern Schüsselinformationen zu Reaktionsmechanismen, zu Adsorptionsgeometrien, sowie zur Energetik, Kinetik und Reversibilität der Bindungsbildung. Nachdem in der ersten Förderperiode grundlegende Aspekte der Bindungsbildung an einfachen Testmolekülen, Porphyrinen und Modelloberflächen aufgeklärt wurden, soll in der zweiten Förderphase der Schritt zu komplexen Molekülen, nanostrukturierten Oberflächen und realistischen Bedingungen vollzogen werden. Wir verschieben den Fokus unserer Arbeiten von MgO(100) hin zu komplexeren Systemen, Kobaltoxid (Co3O4, CoO) und Titandioxid (TiO2), die ideale Modellsysteme darstellen, um die molekulare Verankerung von UHV-Bedingungen bis hin in flüssige Umgebung zu untersuchen. Hierbei stehen fünf Ziele im Vordergrund: (1) Der Wissens- und Methodentransfer von einfachen Testmolekülen zu funktionalisierten Porphyrinderivaten: Auf der Basis gut untersuchter Carboxylanker sollen über geeignete Substitutionsmuster, Mehrfachverankerung und Chelat-Anker die molekulare Orientierung und Energetik maßgeschneidert werden. (2) Der Einfluss von Wasser auf die Verankerungsreaktion: Ausgehend von Untersuchungen an Protonen und OH im UHV soll der Einfluss von H2O auf die Bindungsbildung im UHV, bei Umgebungsdruck und direkt an der Fest-Flüssig-Grenzfläche aufgeklärt werden. (3) Die Steuerung der Oberflächenwechselwirkungen durch Variation der Ankergruppe (von Carbonsäuren zu Phosphonsäuren, Hydroxamsäuren, Hydroxyl, Catechol). (4) Die unabhängige Steuerung von intermolekularen Wechselwirkungen und Molekül-Oberfläche-Wechselwirkungen durch Substitution und Metallierung (Wechselwirkung aromatischer Gruppen, sterische und polare Wechselwirkungen, H-Brücken, Metallkoordination). (5) Schließlich soll das so erzeugte Wissen genutzt werden, um mittels spezifischer Wechselwirkungen zwischen Anker und Oberflächenplatz selektive Anbindung an nanostrukturierte Oxidoberflächen zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1878: funCOS - Funktionale molekulare Strukturen auf komplexen Oxidoberflächen