Jan Lüning leitet HZB-Institut für Elektronische Struktur Dynamik
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Das zum 1. Mai neu gegründete HZB-Institut für Elektronische Struktur Dynamik entwickelt experimentelle Techniken und Infrastrukturen, um die Dynamik elementarer mikroskopischer Prozesse in neuartigen Materialsystemen zu untersuchen. Auf Basis dieser Erkenntnisse lassen sich funktionale Materialien mit besonderen Eigenschaften für nachhaltige Technologien gezielt optimieren.
Prof. Dr. Jan Lüning ist ein international anerkannter Experte für die Forschung mit Synchrotronstrahlung. Vor seinem Wechsel an das HZB in 2018 war er Professor an der Sorbonne Universität in Paris und arbeitete am französischen Synchrotron SOLEIL.
Zum Institut gehören drei Fachgruppen: Die Gruppe um Dr. Ulrich Schade betreibt das Infrarot-Strahlrohr IRIS an der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II und erforscht molekulare Prozesse in neuartigen funktionalen Materialien, die zum Beispiel die Umwandlung von Energie oder die katalytische Wasserspaltung ermöglichen.
Die Gruppe „Ultra-Kurzzeit Laser-Spektroskopie“ (Leitung Dr. Iain Wilkinson) arbeitet in den Laserlaboren ULLAS und LIDUX und untersucht die Dynamik von Reaktionen in wässrigen Lösungen und an wässrigen Grenzflächen auf ultra-kurzen Zeitskalen.
Die dritte Gruppe um Dr. Christian Schüssler-Langeheine und Dr. Niko Pontius betreibt die Femtoslicing-Facility an BESSY II und forscht an Materialien mit komplexen Phasenübergängen, die das Potential haben, elektronische und magnetische Bauteile kleiner, schneller und energieeffizienter zu machen.
Die Forschungsaktivitäten des Instituts sind in der Programmorientierten Förderung (POF IV) der Helmholtz-Gemeinschaft im Forschungsbereich Materie angesiedelt.
- 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.