Eine hochauflösende Abbildung von Grenzflächen
Elektrochemische Reaktionen, die sich an der Grenzfläche von Feststoffen/Flüssigkeiten abspielen, beinhalten oftmals einen Materialaustausch an den Phasengrenzen, damit die Grenzflächen chemisch im Fluss sind. Solche Reaktionen hängen hauptsächlich von dem Massetransport von Reaktanten zwischen der Bulklösung und einem Bereich in der Nähe einer geladenen Oberfläche sowie von der Elektronentransfergeschwindigkeit ab. Ein detailliertes Verständnis des komplexen Verhältnisses zwischen der Adsorption elektrochemischer Reaktanten, Zwischenprodukten oder Produkten an der Elektrodenoberfläche, der Oberflächenreaktivität und der Grenzflächenmorphologie ist für eine effiziente Steuerung elektrochemischer Prozesse von grundlegender Bedeutung. Die elektrochemische Rastersondenmikroskopie ist ein leistungsstarkes Instrument für die Kontrolle, Analyse und Visualisierung von Grenzflächenströmen. Das EU-finanzierte Projekt FUNICIS (Functional ion conductance and sensing) erweiterte die Möglichkeiten dieser Mikroskopiemethode für eine funktionelle Abbildung technisch wichtiger Grenzflächen. Wissenschaftler entwickelten eine neue Methode für die Bildgewinnung, welche hochqualitative Karten funktioneller Grenzflächeneigenschaften (z. B. Reaktivität) aufzeichnet. Die Effizienz dieser fortschrittlichen Methode wurde an katalytischen Nanopartikeln, modifizierten Oberflächen und Kohlenstoffnanoröhren demonstriert. Diese neue Bildgebungsplattform ermöglichte bezüglich elektrochemischer Reaktionen an den Grenzflächen die Aufzeichnung von „Filmen“ anstelle einzelner Bilder. Hierdurch konnte ein völlig neues Verständnis der chemischen Wirkung von Materialien erlangt werden. Das neu entwickelte Verfahren für qualitativ hochwertige Filme zu chemischen Aktivitäten wurde ebenfalls erfolgreich bei einer Rastermikroskopie zur Ionenleitfähigkeit implementiert. Das Team entwickelte zudem eine andere Methode zur Erstellung und Abbildung komplexer 3D-Nanostrukturen, die auf der Verwendung von doppelläufigen Nanopipettensonden basiert. Die elektrochemische Steuerung von Ionenströmen ermöglicht einen hochauflösenden 3D-Druck im Nanomaßstab. Im Zuge von FUNICIS wurde eine Familie innovativer Bildgebungsmethoden entwickelt, mit denen es möglich ist, Grenzflächenströme mit einer bislang unerreichten Auflösung und Framerate zu visualisieren. Die Entwicklungen haben wichtige Implikationen für unser Verständnis elektrochemischer Reaktionen.
Schlüsselbegriffe
Bildgebung, Grenzflächen, elektrochemische Reaktionen, FUNICIS, Ionenleitfähigkeit
