Univ.-Prof. Dr. Julia Kunze-Liebhäuser
Material- und Elektrochemie
Wir untersuchen Grenzflächenprozesse, um die Reaktionswege und -mechanismen aufzuklären, die an der fest/flüssig-Grenzfläche während elektrochemischer Energieumwandlungs- und -Speicherprozesse ablaufen. Der Forschungsansatz der Gruppe basiert auf der Entwicklung und Anwendung von in-situ- und ex-situ-Analysetechniken, die auf Systeme mit zunehmender Komplexität angewendet werden. Diese reichen von einkristallinen Modellelektroden, die unter idealisierten Bedingungen untersucht werden, bis hin zu komplexeren, aber gut definierten nanostrukturierten Materialien, die in realen Brennstoff- und Elektrolysezellen oder Batterieumgebungen eingesetzt werden könnten.
Wir betreiben Grundlagenforschung im Bereich der Elektrokatalyse, die darauf abzielt, das Verständnis der katalytischen Mechanismen auf atomarer und molekularer Ebene zu vertiefen. Dies umfasst die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Katalysatormaterialien und Reaktanten, die Optimierung der Materialeigenschaften zur Erhöhung der Effizienz und Stabilität, sowie die Entwicklung neuer Katalysatorkonzepte. Im Speziellen liegt der Fokus auf Prozessen wie der Wasserelektrolyse und der CO2-Reduktion, um deren Effizienz und Selektivität zu verbessern und nachhaltige Energieumwandlungs- und -Speichertechnologien voranzutreiben.
Die in-situ Grenzflächenanalytik ermöglicht uns die Untersuchung der strukturellen und chemischen Eigenschaften von fest/flüssig-Grenzflächen unter realistischen Bedingungen, also bei Raumtemperatur und häufig unter Einwirkung eines angelegten Potentials sowie Ladungstransfer. Unsere Methoden sind etwa die elektrochemische Rastersondenmikroskopie und Röntgen Photoelektronenspektroskopie. Zudem geben die entsprechenden Produktanalytik Methoden, wie die Differentielle Elektrochemische Massenspektrometrie, die Gaschromatographie und die elektrochemische Infrarotspektroskopie, direkt Auskunft über Reaktionsprodukte und -Intermediate. So können Reaktionsmechanismen ganzheitlich aufgeklärt werden.
Direkter Blick auf die Fest-Flüssig-Grenzfläche: In-situ Analyse elektrochemischer Prozesse mittels elektrochemischer Rastertunnelmikroskopie (EC-STM, links) und Röntgen Photoelektronenspektroskopie (XPS, rechts).