e-conversion begrüßt neues Hightech-Gerät

Prof. Barbara Lechner und Dr. Verena Streibel begrüßten die Teilnehmenden herzlich zur Auftakt- und Workshop-Veranstaltung.

Eine einzigartige Technologie hat die Forschungsinfrastruktur des Exzellenzclusters e-conversion bereichert. Es handelt sich um ein umgebungsdrucknahes Röntgenphotoelektronenspektroskopie-System (NAP-XPS) mit drei Röntgenquellen (Al K_α, Ag L_α, Cr K_α), das die Untersuchung von Oberflächen und Grenzflächen unter realen Reaktionsbedingungen ermöglicht. Die neue Hightech-Methode traf kurz vor Weihnachten auf dem Forschungscampus Garching ein und wurde in den Labors von Prof. Barbara Lechner installiert. Dort steht sie nun allen e-conversion-Forschern zur Verfügung. Barbara Lechner ist Rudolf-Mößbauer-Professorin an der Technischen Universität München und leitet die Forschungsgruppe für Funktionelle Nanomaterialien am Institut für Chemie.

Um die Ankunft dieser spannenden neuen Forschungsinfrastruktur zu feiern, organisierten Prof. Barbara Lechner und Dr. Verena Streibel, beide Mitglieder von e-conversion und der Jungen Akademie der Bayerischen Akademie der Wissenschaften (BAdW), eine Auftaktveranstaltung und einen Workshop zum Thema „Advanced Spectroscopy for Energy Storage & Conversion“. Die Veranstaltung fand am 18. und 19. Januar in den Räumlichkeiten der BAdW im Herzen Münchens statt. In seiner Eröffnungsrede gab BAdW-Präsident Prof. Markus Schwaiger einen kurzen historischen Überblick über die Akademie, stellte die Stärken ihres Forschungsprogramms vor und würdigte die außergewöhnlich talentierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Jungen Akademie, zu denen auch die Organisatoren des Workshops gehören.

Großer Gewinn für die Oberflächenforschung

Bevor die Fachvorträge begannen, begrüßten die beiden Organisatorinnen die über 50 Workshop-Teilnehmer. Beide waren sich einig: Die Oberflächenforschung an der Technischen Universität München und im Exzellenzcluster e-conversion erhält mit dem NAP-XPS fantastische neue Möglichkeiten. „Wir freuen uns, interessierten Gruppen und Neueinsteigern eine Einführung in das Gerät anzubieten und sind begeistert, dass diese Methode nun täglich für unsere Energieforschung zur Verfügung steht“, sagte Dr. Verena Streibel, Materialwissenschaftlerin am Walter Schottky Institut der Technischen Universität München und stellvertretende Sprecherin der Jungen Akademie der Bayerischen Akademie der Wissenschaften (BAdW). „Darüber hinaus liegt der Schwerpunkt dieses Workshops auf dem Lernprozess, den ein neues Forschungsgerät immer mit sich bringt. Deshalb stehen Fragen und Diskussionen im Mittelpunkt. Am Ende freuen wir uns darauf, das NAP-XPS bei einer Labortour am Forschungscampus Garching vorzuführen“, ergänzte Prof. Barbara Lechner, die sich auch bei den Referenten, den fördernden Institutionen BAdW und e-conversion sowie der SPECS group für deren Unterstützung bedankte.

Mehr als 50 Teilnehmer nahmen an dem Workshop teil, der internationale Referenten und eine Laborführung am Forschungszentrum in Garching umfasste.

Der zweitägige Workshop bot ein abwechslungsreiches Programm mit Vorträgen internationaler Forscher aus Europa und den USA, Kurzpräsentationen von Postdocs und Doktoranden, einer Labortour in Garching und viel Raum für wissenschaftlichen Austausch. „Das Workshop-Programm deckte nahezu alle Aspekte der Energieforschung ab, einschließlich thermischer heterogener Katalyse, Batterieforschung und (photo)elektrochemischer Energieumwandlung. Die Referenten zeigten, wie uns die Spektroskopie helfen kann, Energiematerialien besser zu verstehen und deren Funktionsprinzipien zu erklären“, fasste Lechner zusammen. Auch Streibel beschrieb den Workshop als großen Erfolg: „Sowohl Neueinsteiger als auch Experten sagten uns, dass sie die neuen wissenschaftlichen Erkenntnisse genossen haben und neue Inspirationen für ihre Energieforschung mitgenommen haben. Die ehrwürdigen Hallen der BAdW boten den perfekten Rahmen, um eine fruchtbare Diskussionsatmosphäre zu fördern. Wir freuen uns nun darauf, die NAP-XPS-Forschung in Garching zu beginnen und auf zukünftige Kooperationen innerhalb des Exzellenzclusters e-conversion“, resümierte sie ihre Eindrücke vom Workshop.

Das neue NAP-XPS bietet einzigartige Möglichkeiten zur Untersuchung von Oberflächenprozessen, sagt Dr. Florian Kraushofer (oben links), der als Postdoc in der Gruppe von Prof. Barbara Lechner arbeitet.

Hintergrundinformation: Warum ist NAP-XPS für e-conversion nützlich?

Durch die Bestrahlung einer Probe mit Röntgenstrahlen und die Analyse der emittierten Photoelektronen liefert die XPS (Röntgenphotoelektronenspektroskopie) Einblicke in die elementare Zusammensetzung und die chemischen Zustände von Oberflächen. Die traditionelle XPS-Analyse erfordert ultrahochvakuum (UHV)-Bedingungen und ist daher auf die Untersuchung fester Proben oder Flüssigkeiten mit geringem Dampfdruck beschränkt.

Moderne NAP-XPS (drucknahe Röntgenphotoelektronenspektroskopie) überwindet die UHV-Einschränkungen mithilfe eines differenziell gepumpten Analysators in Kombination mit einem elektrostatischen Linsensystem. Diese Anpassung ermöglicht die Analyse von Proben in verschiedenen Atmosphären. In den letzten zehn Jahren war NAP-XPS entscheidend, um grundlegende Prozesse an Festkörper-Gas- oder Festkörper-Flüssig-Grenzflächen zu erforschen. Die Methode erlaubt in-situ- und operando-Studien unter realistischen Arbeitsbedingungen und findet Anwendung in Bereichen wie elektrochemischer Energieumwandlung und -speicherung, medizinischen Materialien, biologischen Proben und Prozessen an Grenzflächen unter reaktiven Bedingungen wie Korrosion oder Katalyse. Während NAP-XPS früher hauptsächlich an Synchrotron-Nutzereinrichtungen verfügbar war, bieten mittlerweile laborgestützte Systeme einen einfacheren Zugang zu experimentellen Untersuchungen vor Ort und ermöglichen optimierte Geometrien für Festkörper-Flüssig-Grenzflächen-Experimente.

Weitere Informationen über die Technik und das Instrument sind auf der SPECS-Webseite zu finden.