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© Zhigilei
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Humboldt-Preisträger kommt an die UDE Atome und Sekundenbruchteile simulieren

[28.06.2021]

Seine Welt sind Pikosekunden – billionstel von Sekunden; zu kurz für atomar aufgelöste Experimente: Professor Leonid Zhigilei ist Materialwissenschaftler an der University of Virginia (USA). Für seine Berechnungen zur Herstellung von Nanopartikeln wurde er mit dem Humboldt-Forschungspreis ausgezeichnet. Seinen damit verbundenen Forschungsaufenthalt wird er in der Technischen Chemie I der Universität Duisburg-Essen (UDE) verbringen. Dabei werden Materialien für die Katalyse im Mittelpunkt stehen.

Katalysatoren ermöglichen unseren hohen Lebensstandard, und ohne sie ist eine Energiewende nicht denkbar: So sind sie essenziell in Brennstoffzellen, ermöglichen die grüne Herstellung von Wasserstoff und auch dessen Umwandlung in lagerfähige Chemikalien als Energiespeicher. Dazu haben Katalysatoren sogenannte „aktive Stellen“: millionenfache winzige Poren im Material, in die Ausgangsstoffe hineinwandern. Dort setzen sie sich in ein gewünschtes Produkt um – ohne Katalysator würde das langsamer, mit mehr Energieaufwand oder schlicht gar nicht passieren. Daher müssen die aktiven Stellen gut zugänglich sein und nicht von Fremd-Molekülen versperrt.

Solch reine Nanopartikel für Katalysatormaterialien lassen sich durch energiereiche Laserpulse herstellen, wie es das Team der Technischen Chemie I der UDE macht. Um diese Prozesse weiter zu verstehen und darauf aufbauend zu verbessern, muss man die einzelnen Schritte beobachten können – das geht aber selbst mit Hightech-Methoden im Experiment nicht; sie passieren zu schnell.

Leonid Zhigilei hingegen simuliert diese Schritte auf atomarer Ebene und kann die ultrakurzen Zeitskalen berechnen: „Wir gehen Theorie und Experiment gemeinsam an. So können meine Simulationen schon vorab sowohl Sackgassen als auch vielversprechende Änderungen aufzeigen.“

Bereits jetzt kooperiert Zhigilei mit dem Team der Technischen Chemie I um Professor Stephan Barcikowski; sobald die Situation es zulässt, wird er als Gast längere Zeit in der Arbeitsgruppe verbringen. „Wir forschen auf unterschiedlichen Gebieten, und gerade das macht die Zusammenarbeit so fruchtbar“, erklärt Zhigilei seine Entscheidung, mit dem Humboldt-Forschungspreis an die UDE zu kommen. „Wir stellen einander Fragen, auf die der jeweils andere nicht gekommen wäre.“

Den Humboldt-Forschungspreis erhalten international führende Forschende aller Fachrichtungen aus dem Ausland. Er würdigt ihr bisheriges Schaffen und ermöglicht es ihnen, mehrere Monate in einer wissenschaftlichen Einrichtung in Deutschland zu forschen.

Bild: Grafische Darstellung eines zerplatzenden Goldnanopartikels, der per Ultra-Kurzzeit-Laser angeregt wurde. Die Farben geben die Größen der entstehenden Fragmente wieder: rund 3 nm (rot), rund 1 nm (blau).

Weitere Informationen:
Prof. Dr.-Ing. Stephan Barcikowski, Technische Chemie I, Tel. 0201/18 3-3150, stephan.barcikowski@uni-due.de

Redaktion: Birte Vierjahn, Tel. 0203/37 9-2427, birte.vierjahn@uni-due.de