Die Wasser-Kohlendioxid Grenzfläche: Strukturbestimmung unter extremen Bedingungen

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Die in der Natur wichtige Wasser-Kohlendioxid Grenzfläche ist bisher noch nicht auf molekularer Skala untersucht worden. Das Ziel des Projektes ist es, diese wichtige Grenzfläche erstmalig in-situ mittels Streumethoden zu charakterisieren. Hierbei sind zwei Projektteile zu unterscheiden: (i) Die Untersuchung des CO2-Adsorptionsverhaltens aus der Gasphase an Wasser-Oberflächen und von wässrigen Kohlendioxid-Lösungen an festen Substraten bei geringen Drücken. (ii) Das Studium einer möglichen Strukturbildung an diesen Grenzflächen unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen. Aus Untersuchungen mit anderen Gasen ist bekannt, dass eine Adsorption als Funktion des Druckes an der Wasser-Grenzfläche stattfindet. Theoretisch vorhergesagt ist aber auch eine Strukturbildung, d.h. dass sich langreichweitig geordnete Lagen von CO2 und Wassermolekülen an der Wasser-Gas Grenzfläche bilden können (sog. „Gashydratbildung ). Ein solcher grenzflächeninduzierter Strukturbildungsprozess sollte auch an der fest-flüssig Grenzflächestattfinden. Bisher ist es überhaupt noch nicht gelungen, durch hohen Druck induzierte Hydrat-Bildungsprozesse auf atomarer Skala direkt nachzuweisen. Durch das beantragte Projekte wird generell ein mikroskopisches Verständnis des Grenzflächeneinflusses bei der hydrophoben Hydratation, wie sie in der Natur häufig vorkommt, angestrebt. Zur Strukturaufklärung wird hauptsächlich die Streuung von hochenergetischer Synchrotronstrahlung als Untersuchungsmethode eingesetzt.