Mehrzweck-Röntgendiffraktometer

• Fachliche Zuordnung: Chemische Festkörper- und Oberflächenforschung
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462624117

Das beantragte Mehrzweck-Röntgendiffraktometer ermöglicht die Anwendung mehrerer in-situ/operando Röntgenmethoden zum Verständnis der Struktur/Morphologie von energiebezogenen Materialien und deren Verhalten während ihres Betriebs. Dies wird durch die modernen Komponenten und der Flexibilität des Instruments ermöglicht. Ein solches Instrument besteht aus den folgenden Hauptkomponenten: Auswechselbare Cu- und Mo-Röntgenquelle, mehrere Primärstrahloptiken, 4-Kreis-Diffraktometer, Sekundärstrahloptiken und 2D-Detektor, sowie Software zur Instrumentensteuerung und Datenerfassung, Verarbeitung und Analyse.Der Antragsteller ist seit April 2020 Tenure-Track Juniorprofessor im Fachbereich Chemie der Universität Paderborn. Dieses Proposal steht im Zusammenhang mit seinen Berufungsverhandlungen. Die derzeitigen Forschungsinteressen des Bewerbers konzentrieren sich auf Mechanismen und Prozesse in der Energiespeicherung, Energieumwandlung und Wasseraufbereitung, Themen im Zentrum der Energiewende.Aufgrund der steigenden Nachfrage nach verbesserten Leistungskennzahlen für moderne Materialen werden die zugrunde liegenden physikochemischen Prozesse immer komplexer. Die Herangehensweise des Antragstellers bei der Behandlung wissenschaftlicher Fragen ist daher reduktionistischer Natur; es werden die strukturellen und chemischen Eigenschaften von Materialen auf atomarer Skala mit Hilfe wohldefinierter Modellsysteme untersucht. Das angestrebte Verständnis der funktionellen Rolle jedes Atoms und Moleküls kann nur erreicht werden, wenn die einzelnen Komponenten eines komplexen Systems in Modellsystemen isoliert werden, welche Echtzeituntersuchungen in einer natürlichen Umgebung ermöglichen. Daher liegt ein besonderer Schwerpunkt auf der Durchführung von in-situ/operando Messungen. Die Philosophie des Antragstellers besteht darin, dass das gewonnene Grundlagenwissen prädiktiv und skalierbar ist und für rationale Bottom-up-Verbesserungen von Materialien genutzt werden kann, da grundlegende Erkenntnisse neue Konzepte inspirieren können.Zu den spezifischen Forschungsthemen, die mit dem beantragten Mehrzweck-Röntgendiffraktometer bearbeitet werden sollen, gehören die Passivierung von Siliziumanoden für Batterien, die intrinsische Stabilität von Batterie-Elektrolyten und die Beziehung zum Solid-Electrolyte-Interphase, die elektrische Doppelschicht, Ionentransport in Elektrolyten, Mechanismen der Ionenspeicherung in Entsalzungsbatterien, epitaktische Dünnschichten als Modellsysteme und die Struktur von Flüssig-Flüssig-Grenzflächen. Die Röntgentechniken umfassen Reflektometrie, Oberflächenbeugung, Klein- und Weitwinkelstreuung (auch unter streifendem Einfall), Pulverdiffraktometrie, reziproke Gitterkarten und 2D-Projektionsmikroskopie. Das eingesetzte Instrument nutzt eine Kombination neuer Entwicklungen bei Röntgenröhren, Optiken und Detektoren und ermöglicht damit Messungen, die bisher teilweise nur mit Synchrotronstrahlung durchgeführt werden konnten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Mehrzweck-Röntgendiffraktometer
• Gerätegruppe: 4010 Einkristall-Diffraktometer
• Antragstellende Institution: Universität Paderborn
• Leiter: Professor Dr. Hans-Georg Steinrück