Elektrochemische Grenzflächen visualisieren

Humboldt-Stipendiatin Dr. Andrea Auer forscht mittels Rastersondenmikroskopie

3. August 2022

Angst vor mathematischen Formeln hat sie nicht – auch deswegen hat sich Dr. Andrea Auer der physikalischen Chemie verschrieben. Für chemische Vorgänge allgemein gültige mathematische Formeln mit klar definierten Einheiten und genauen Zahlenwerten aufzustellen, ist ein Ziel dieses Teilgebietes der Chemie. Was macht Andrea Auer dann eigentlich an der Fakultät für Physik? „Das, was ich seit Beginn meines Studiums am liebsten mache,“ sagt die Forscherin: „Beide Disziplinen kombinieren“. Am Lehrstuhl für Experimentelle und Angewandte Physik von Professor Dr. Franz Gießibl untersucht Dr. Andrea Auer gefördert durch ein eineinhalbjähriges Forschungsstipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung elektrochemische Grenzflächen mit Methoden der Rastersondenmikroskopie.

Dr. Andrea Auer will mittels eines qPlus-basierten Rastersondenmikroskops elektrochemische Grenzflächen visualisieren. Fotos: twa/UR

Physik und Chemie

Unlängst erhielt Andrea Auer für ihre Dissertation den Sosnovsky-Preis ihrer Alma Mater, der Universität Innsbruck. In ihrer Doktorarbeit untersuchte die 30-jährige Wissenschaftlerin Elektrokatalysatoren mittels elektrochemischer Rastertunnelmikroskopie. An der Universität Regensburg findet Andrea Auer in der Kooperation mit Franz Gießibl, Erfinder des qPlus-Sensors, einem bis heute unabdingbaren neuen Bauteil höchstauflösender Rastersondenmikroskope, „perfekte Voraussetzungen“ für ihr Forschungsvorhaben. Mit Hilfe des qPlus-Sensors gelang Gießibl das erste detailliert aufgelöste Bild der inneren Struktur der Elektronenhülle eines Atoms. Im fachlichen Austausch mit dem Regensburger Physiker bei einer Konferenz überlegte sie hin und her, erzählt Andrea Auer, „ob wir die qPlus-Technologie nicht auch in die Elektrochemie bringen könnten und mittels kombinierter Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie elektrochemische Grenzflächen detaillierter abbildbar werden“. Franz Gießibl lud sie an die Universität Regensburg ein.

Grundlagenforschung

Grundlagenforschung zu elektrochemischen Grenzflächen und elektrokatalytischen Reaktionen ist von entscheidender Bedeutung, wenn es um die Entwicklung alternativer Systeme für eine saubere Energiegewinnung geht. „Egal ob Batterie oder Brennstoffzelle – die Elektrode (zum Beispiel ein Metall) konstituiert in der Elektrochemie gemeinsam mit der immer auch vorhandenen Elektrolytlösung (zum Beispiel Wasser) eine Fest-flüssig-Grenzfläche. Diese Schnittstelle, die aufgrund getrennter Ladungsschichten – wie bei einem Plattenkondensator - auch elektrochemische Doppelschicht genannt wird, hat ganz bestimmte strukturelle, chemische und elektronische Eigenschaften. „Die kennt man weitestgehend,“ erklärt Andrea Auer, „da gibt es viele Fortschritte und Modelle. Was aber größtenteils immer noch fehlt, ist die detaillierte mikroskopische Visualisierung dessen, was an Grenzflächen passiert“. Die Forscherin interessiert sich für dieses komplexe Zusammenspiel von Elektrode, lokalem Wassernetzwerk und Reaktanden an der elektrochemischen Grenzfläche, das man bislang nur schwer nachvollziehen kann. Wie wird elektrolytische Aktivität beeinflusst durch die Struktur und Chemie an der Grenzfläche? Die Visualisierung des 2-D- und 3-D-Aufbaus der Grenzflächenstruktur durch kombinierte bzw. simultane Rastertunnel- und Rasterkraftmikroskopie soll darauf Antworten geben: Die Sonde des Mikroskops tastet in einem Rasterprozess Punkt für Punkt der Probenoberfläche ab. Die sich für jeden einzelnen Punkt ergebenden Messwerte werden dann – über die Wechselwirkung der Sonde mit der Probe - zu einem digitalen Bild zusammengesetzt.

Wenn sie nicht am Mikroskop steht, was macht Andrea Auer am liebsten? „Ich erfülle das Klischee,“ lacht die Tirolerin, „alles, was alpin ist“. Was den Standort Regensburg neben der Forschungsinfrastruktur und dem grünen Campus für sie auch attraktiv macht - denn, ob Wanderung oder Skitour – „die Distanz zu den Alpen ist noch in Ordnung“.

twa.