Universität Bielefeld und HZB kooperieren zu Nanoschichten und komplexen Materialien
Anke Kaysser-Pyzalla, Thomas Frederking, Gerhard Sagerer und Stephan Becker (v. l.) unterzeichnen den Kooperationsvertrag.Foto: Universität Bielefeld
Im Februar 2015 haben Uni-Rektor Professor Dr.-Ing. Gerhard Sagerer, Uni-Kanzler Dr. Stephan Becker und die Geschäftsführer des HZB, Professorin Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla und Thomas Frederking eine Vereinbarung über die Zusammenarbeit unterschrieben. Darin heißt es: „Die Kooperation soll zur Steigerung der wissenschaftlichen Exzellenz der Partner und zur Entwicklung regionaler Kompetenznetzwerke in Forschung, Lehre und Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses beitragen.“
Die HZB-Spitze besuchte im Februar die Universität Bielefeld, speziell die Laborräume für Helium-Ionen-Mikroskopie, für die Herstellung ultradünner Schichtsysteme sowie für Kleinwinkelröntgenstreuung und Polymer-Charakterisierung. Außerdem wurde der neue Ersatzneubau für die Experimentalphysik besichtigt. In Gesprächen mit dem Physiker Professor Dr. Günter Reiss, Arbeitsgruppe Dünne Schichten & Physik der Nanostrukturen, und dem Chemiker Professor Dr. Thomas Hellweg, Arbeitsgruppe Physikalische und Biophysikalische Chemie, wurden konkrete Inhalte der weiteren Zusammenarbeit ausgelotet: Geräte und Einrichtungen sollen gemeinsam genutzt werden, Wissenschaftliche Beschäftige des HZB sollen an der Universität lehren können und Professuren sollen gemeinsam berufen werden. Dafür legt die Vereinbarung den Grundstein.
Zusammenarbeit seit 2013
Die beiden Institutionen arbeiten bereits seit 2013 zusammen: Im DFG- geförderten Schwerpunktprogramm „Topologische Isolatoren“ erforschen Physikerinnen und Physiker der Universität Bielefeld und des HZB Materialien mit neuen Quanteneigenschaften für künftige Elektronik-Bauelemente. Die Bielefelder Chemie kooperiert darüber hinaus in einem vom BMBF geförderten Verbundforschungsvorhaben mit dem HZB: Gemeinsam sollen neue experimentelle Möglichkeiten zur Untersuchung von Nanomaterialien entwickelt werden.
Schwerpunkte an der Uni Bielefeld
Die Universität Bielefeld hat sich in ihrem Profilschwerpunkt Molekular- und Nanowissenschaften an den Schnittstellen zwischen Physik, Chemie, Biologie und Bioinformatik national und international sichtbar positioniert. Die aktuellen Forschungsschwerpunkte reichen von der Physik und Chemie molekularer Einzelprozesse in organischen Systemen über Nanoschichten und Nanopartikel bis hin zur Erforschung bakterieller, pflanzlicher und tierischer Zellen.
- Batterieforschung: Alterungsprozesse operando sichtbar gemachtLithium-Knopfzellen mit Elektroden aus Nickel-Mangan-Kobalt-Oxiden (NMC) sind sehr leistungsfähig. Doch mit der Zeit lässt die Kapazität leider nach. Nun konnte ein Team erstmals mit einem zerstörungsfreien Verfahren beobachten, wie sich die Elementzusammensetzung der einzelnen Schichten in einer Knopfzelle während der Ladezyklen verändert. An der Studie, die nun im Fachjournal Small erschienen ist, waren Teams der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), der Universität Münster sowie Forschende der Forschungsgruppe SyncLab des HZB und des Applikationslabors BLiX der Technischen Universität Berlin beteiligt. Ein Teil der Messungen fand mit einem Instrument im BLiX-Labor statt, ein weiterer Teil an der Synchrotronquelle BESSY II.
- Neues Instrument bei BESSY II: Die OÆSE-Endstation in EMILAn BESSY II steht nun ein neues Instrument zur Untersuchung von Katalysatormaterialien, Batterieelektroden und anderen Energiesystemen zur Verfügung: die Operando Absorption and Emission Spectroscopy on EMIL (OÆSE) Endstation im Energy Materials In-situ Laboratory Berlin (EMIL). Ein Team um Raul Garcia-Diez und Marcus Bär hat die Leistungsfähigkeit des Instruments an elektrochemisch abgeschiedenem Kupfer demonstriert.
- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.