Direkte Messung molekularer Grundlagen der Adhäsion zur Vorhersage von Haftung an makroskopischen elektrochemischen Grenzflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Valtiner
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290813605

Ziel dieses Vorhabens ist die direkte experimentelle Messung molekularer Grundlagen zum Verständnis von Adhäsion d.h. attraktiven Wechselwirkungen an elektrochemischen und geladenen Grenzflächen im wässrigen Medium. Die Fortschritte in der Einzelmolekülphysik der letzten Jahre legen nahe, dass ein Versagen von Haftung auf makroskopischer Skala nicht ausschließlich durch Messung und Verständnis von Wechselwirkungsenergien von chemischer und/oder physikalischer Adsorption spezifischer Moleküle erklärt werden kann. Vielmehr ist es notwendig sowohl Wechselwirkungsenergien als auch Übergangszustände und Reaktionskoordinaten eines Bindungsbruchs detailliert zu verstehen. In anderen Worten: Ein Verständnis der kinetischen Parameter eines molekularen Bindungsbruches ist essentiell um die molekularen Grundlagen von Haftungsverlust auch auf makroskopischer Skala zu verstehen. Dieses Vorhaben untersucht erstmals gezielt den Zusammenhang von makroskopischem Adhäsionsverlust auf Basis der Kenntnis der vollständigen Energielandschaft eines molekularen Bindungsbruchs. Im vorliegenden Projekt sollen komplementär makroskopische Adhäsionsmessungen mit dem Surface Forces Apparatus (SFA) sowie Einzelmoleküladhäsionsmessungen mit dem Rasterkraftmikroskop durchgeführt werden. Im Fokus steht die Haftung von zwei spezifische chemische Funktionalitäten, Amine und 3,4-Dihydroxyphenylalanin (DOPA), an elektrochemisch aktiven metallischen (Gold) und oxydischen Oberflächen (Aluminiumoxid). Mit dem vom Antragsteller entwickelten elektrochemischen SFA und einem speziell adaptierten elektrochemischen AFM können sowohl Haftkräfte gemessen als auch Oberflächenzustände manipuliert werden. Durch eine gezielte Variation von elektrochemischen Potentialen können Energielandschaft eines molekularen Bindungsbruchs durch Variation von elektrischer Doppelschicht und Van der Waals Wechselwirkungen gezielt manipuliert werden. Im Rahmen des Projektes soll dadurch erstmals ein direkter Einblick in den Zusammenhang von Energieoberflächen eines molekularen Bindungsbruchs und makroskopischem Verhalten ermöglicht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen