Die TU Wien geht bei der Mate­ri­al­for­schung neue Wege.

Perow­skite sind Mate­ria­lien, die in Bat­te­rien, in Brenn­stoff­zel­len oder auch in elek­tro­ni­schen Bau­tei­len ver­wen­det wer­den. Obwohl sie tech­no­lo­gisch so wich­tig sind, weiß man über das che­mi­sche Ver­hal­ten ihrer Ober­flä­che bis heute sehr wenig. Dem Team von Prof. Ulrike Die­bold (Insti­tut für Ange­wandte Phy­sik, TU Wien) gelang es nun eine alte Frage zu klä­ren : Wie ver­hal­ten sich Was­ser­mo­le­küle, die sich auf den Perow­skit-Ober­flä­chen anla­gern ? Die Ergeb­nisse wur­den nun im Fach­jour­nal „Nature Mate­ri­als“ veröffentlicht.
„Wir stu­dier­ten Stron­tium-Ruthe­nat, einen ganz typi­schen Ver­tre­ter aus der Mate­ri­al­klasse der Perow­skite“, sagt Ulrike Die­bold. Es han­delt sich um eine Kris­tall­struk­tur aus Sau­er­stoff, Stron­tium und Ruthe­nium. Was­ser­mo­le­küle, die auf diese Ober­flä­che auf­tref­fen, wer­den in zwei Teile zer­legt : Eines der Was­ser­stoff­atome wird dem Mole­kül ent­ris­sen und von einem Sau­er­stoff­atom der Kris­tall­ober­flä­che fest­ge­hal­ten. Übrig bleibt eine OH-Gruppe, die durch eine soge­nannte Was­ser­stoff-Brü­cken­bin­dung an das ent­ris­sene Was­ser­stoff­atom gebun­den bleibt. 

Ent­schei­dende Ver­än­de­rung in Oberflächenforschung
Diese Bin­dung ist die Ursa­che für einen merk­wür­di­gen Effekt : Die OH-Gruppe kann sich nicht frei bewe­gen. Sie hüpft rund um das Was­ser­stoff­atom herum, von Atom zu Atom, wie ein Tän­zer, der mit einem Bein immer am sel­ben Ort blei­ben muss. Wenn man die Kris­tall­ober­flä­che über län­gere Zeit immer wie­der abbil­det, kann man den Tanz der Atome auf der Ober­flä­che tat­säch­lich mitfilmen.
„Auf­grund von theo­re­ti­schen Berech­nun­gen wurde die­ser Effekt schon vor eini­gen Jah­ren vor­her­ge­sagt, wir sind nun die ers­ten, die das expe­ri­men­tell bestä­ti­gen konn­ten“, sagt Ulrike Die­bold. Sie und ihr Team ver­fü­gen über lang­jäh­rige Erfah­rung im Abbil­den ato­ma­rer Pro­zesse mit Rastertunnelmikroskopen.
Die neuen Metho­den, die vom For­schungs­team an der TU Wien ent­wi­ckelt und ange­wandt wer­den, haben die Ober­flä­chen­for­schung ent­schei­dend ver­än­dert. War man frü­her auf indi­rekte Mes­sun­gen ange­wie­sen, kann man heute – mit dem nöti­gen Know-How – das Ver­hal­ten der ein­zel­nen Atome auf der Ober­flä­che direkt abbil­den und beob­ach­ten. Für die moderne Mate­ri­al­for­schung eröff­net das ganz neue Mög­lich­kei­ten, bei­spiels­weise für die Ent­wick­lung und Ver­bes­se­rung von Katalysatoren.