Ass.-Prof. Dr. Laerte Patera
Oberflächenchemie
Das Ziel unserer Forschung ist es, ein mechanistisches Verständnis von chemischen Prozessen auf atomarer Ebene zu erlangen, die an Oberflächen ablaufen. Aktuelle Forschungsschwerpunkte sind die Synthese und Abbildung von zweidimensionalen organischen Gerüststrukturen für die Energieumwandlung. Wir nutzen Bildgebungstechniken, die auf hochauflösender Rastersondenmikroskopie basieren, um molekulare Nanostrukturen mit atomarer Auflösung darzustellen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung neuer Verfahren zur Messung photoangeregter Zustände in lichtsammelnden Funktionsmaterialien. Das Verständnis dieser lichtinduzierten Prozesse ermöglicht das Design photoaktiver Materialien mit verbessertem Energieumwandlungsprozess.
Rastertunnelmikroskopie-Bild eines zweidimensionalen metallorganischen Gerüsts.
Kovalente organische Gerüste (Covalent organic frameworks, COFs) sind Materialien, die durch die Verknüpfung von organischen Bausteinen zu periodischen Strukturen entstehen. Dies ermöglicht die Konstruktion maßgeschneiderter Systeme für Anwendungen in der (Photo-)Katalyse und Optoelektronik.
Die Bildung ausgedehnter COFs wird durch die sogenannte „On-Surface“-Synthese erreicht, bei der atomar flache Oberflächen als Unterlagen verwendet werden, um Polymerisationsreaktionen auf zwei Dimensionen zu begrenzen. Die COFs werden auf atomarer Ebene durch hochauflösende Rastertunnelmikroskopie (STM) sowie durch „near-ambient pressure“ Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (NAP-XPS) charakterisiert. Dies ermöglicht interessante Einblicke in die Reaktionswege, die zum COF-Wachstum führen.
Skizze des Versuchsaufbaus zur Untersuchung von photoangeregten Zuständen in zweidimensionalen organischen Gerüsten.
Exzitonen sind grundlegende, lichtinduzierte Anregungen, die aus gebundenen Elektron-Loch-Paaren bestehen. Sie sind das Herzstück der Photochemie, doch ihre Kurzlebigkeit macht ihre experimentelle Untersuchung zu einer echten Herausforderung. Im Rahmen des kürzlich bewilligten ERC Starting Grant „WEPOF“ arbeiten wir an neuartigen bildgebenden Verfahren, die auf fortschrittlicher Rasterkraftmikroskopie basieren, um photoangeregte Zustände in organischen Gerüsten aufzulösen.