In situ-AFM/STM-Elektrochemie zur Aufklärung des morphologischen Verlaufs festkörperelektrochemischer Reaktionen von Kristallen im Submikrometerbereich

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Elektrochemische Umwandlungen einer festen Phase in eine andere sind seit langem bekannt und spielen insbesondere bei Batteriematerialien eine wichtige Rolle. Deutlich weniger Erkenntnisse hat man bis jetzt über den morphologischen Verlauf elektrochemischer Umwandlungen von einer festen Phase in eine andere, insbesondere wenn es sich um Mikro- und Nanokristalle schwerlöslicher ("unlöslicher") Verbindungen handelt. Im Projekt sollen ausgewählte Systeme untersucht werden, indem Kristalle, die Abmessungen im Submikrometerbereich haben (ideal zwischen 50 und 500 nm), auf geeigneten Elektrodenoberflächen immobilisiert werden und deren elektrochemische Reaktionen in situ mit Hilfe der AFM oder STM verfolgt werden. Dabei soll beobachtet werden, wie sich die Reaktionsfront entwickelt und durch den Kristall hindurchläuft. Interessant ist die Frage, wo die Reaktion startet und ob man die Kinetik der Reaktion zeitlich durch Abbildung der sich verändernden Kristallgeometrie quantitativ verfolgen kann. Im Projekt sollen elektrochemische Reduktionen von Metalloxiden und Metallsalzen zu den Metallen und insertionselektrochemische Reaktionen untersucht werden. Ebenfalls in die Untersuchungen eingeschlossen werden sollen elektrochemische Auflösungen von Kristallen. Die experimentellen Befunde zum geometrischen Verlauf der Reaktionen sollen einerseits verglichen werden mit den aus elektrochemischen und spektroskopischen Befunden abgeleiteten Modellen für den Reaktionsverlauf und andererseits dazu beitragen, bessere Modelle entwickeln zu können.