Entwicklung der korrelativen Mikroskopie zur Untersuchung von Fest-Flüssig-Grenzflächen

Wir entwickeln derzeit korrelative multimodale Ansätze, um die elementaren Prozesse an Fest-Flüssig-Grenzflächen während elektrokatalytischer Reaktionen oder Batteriezyklen besser zu verstehen. So haben wir kürzlich Rasterelektronenmikroskopie/Elektronenrückstreubeugung (SEM/EBSD), Röntgenphotoelektronenmikroskopie (TEM) und Atomsondentomographie (APT) mit elektrochemischen Messungen kombiniert, um den Oxidationszustand, die Struktur, die Morphologie und die Zusammensetzung der in situ erzeugten Oberflächenspezies, die sich auf einer Kobalt-Mikroelektrode gebildet haben, aufzudecken und herauszufinden, wie sich die Korn-orientierung auf die Bildung der Oberflächenspezies auswirkt (siehe Arbeitsablauf unten).

Veröffentlichung:

C. Luan, M. Corva, U. Hagemann, H. Wang, M. Heidelmann, K. Tschulik, T. Li; Atomic-Scale Insights into Morphological, Structural, and Compositional Evolution of CoOOH during Oxygen Evolution Reaction, ACS Catalysis, 13(2) (2023) 1400-1411. 

Wir haben auch einen Ansatz entwickelt, um den Oxidationszustand und die Oberflächenzusammensetzung von nanoskaligen Ir-Elektroden nach einer Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) direkt zu untersuchen. Die APT zeigt Veränderungen in der Zusammensetzung der obersten Oberfläche und des Untergrundes auf verschiedenen Ir-Ebenen während der OER. Unser Ansatz bietet Einblicke auf atomarer Ebene in Oberflächenveränderungen während elektrochemischer Reaktionen (siehe Bild).

Veröffentlichung:

A. BalaKrishnan, N. Balnc, U. Hagemann, P. Gemagami, K. Wonner, K. Tschulik, T. Li; Direct Detection of Surface Species Formed on Iridium Electrocatalysts during the Oxygen Evolution Reaction, Angewandte Chemie International Edition 60(39) (2021) 21369-21403.

Ich bin auch daran interessiert, die Grenzen der APT-Anwendungen zu erweitern. So sind MOF's eine neuartige Familie hybrider organisch-anorganischer Materialien, die aufgrund ihrer hohen Porosität, ihrer einstellbaren Porenarchitektur bzw. -zusammensetzung potenziell für die Speicherung von Brenngasen wie H₂ und für die Abscheidung von CO₂ nützlich sind. Es hat sich gezeigt, dass das Mischen von metallhaltigen sekundären Bausteinen (SBUs) in einem Einkristall zu heterogenen kristallinen Materialien führt. Die kontrollierte Abstimmung der Struktur auf die gewünschte Eigenschaft erfordert ein ausreichendes Verständnis der Struktur-Synthese-Leistungs-Beziehungen. Die Aufdeckung der Sequenzierung metallhaltiger SBUs, d.h. metallischer Ionen, bleibt jedoch eine notorische Herausforderung. Hier haben wir erfolgreich die APT-Proben von MOF-74 hergestellt (siehe Abbildung unten, a)., durch APT charakterisiert und gezeigt, dass das bei 120°C hergestellte Co,Cd-MOF-74 (Co,Cd, 120°C) eine zufällige Struktur aufweist (b, c).

Veröffentlichung:

J. Zhe, T. Li*, O.M. Yaghi*; Sequencing metals in multivariate metal-organic frameworks, Science, 369 (2020), 674-780. (*corresponding authors)