Forschung | Die Domke-Gruppe

Das Verhalten von Wassermolekulen in Ionenaustauschmembranen bestimmt in hohem Maße die Leistung von Brennstoffzellen, in dem das Wasser sowohl den Ionentransport als auch die katalytische Effizienz der Zelle beeinflusst. Die Bestimmung der molekularen Eigenschaften von Wasser in Ionenaustauschmembranen, wie die räumliche Anordnung und die chemischen Wechselwirkungen mit der Membran, bietet physikalisch-chemische Einblicke, die zu einen besseren Verständnis der makroskopisch meßbaren Brennstoffzellenleistung führen. Mit Hilfe der kohärenten Anti-Stokes-Ramanspektroskopie (CARS) können wir den Wassergehalt in der Membran quantifizieren und deren Verteilungdie Wasserverteilung in 3D mit (Sub-)Mikrometerauflösung visualisieren. Die hohe Empfindlichkeit von CARS erlaubt eine zeitliche Auflösung von Millisekunden und ermöglicht es uns live zu beobachten, wie die Membran- und (De)Hydrierungsprozesse ablaufen. _{Correlated interfacial water transport and protonconductivity in perfluorosulfonic acid membranes
X. Ling, M. Bonn, S.H. Parekh, K.F. Domke*
Proceedings of the National Academy of Sciences 2019, 116, 8715-8720. Nanoscale distribution of sulfonic acid groups determines structure and binding of water in Nafion membranes
X. Ling, M. Bonn, S.H. Parekh*, K.F. Domke*
Angewandte Chemie International Edition 2016, 55, 4011-4015.}

Angesichts der knappen fossilen Energieressourcen ist die Entwicklung alternativer Konzepte zur Energieumwandlung unerlässlich. Ein Paradebeispiel für solche alternativen Konzepte sind photovoltaische Materialien, wie farbstoff- oder quantenpunktsensitivierte Oberflächen oder Perowskite, die Sonnenlicht in Strom umwandeln können. Um Solarzellenbauelemente zu verbessern und die Technologie für die breitere Anwendung voranzutreiben, sind molekularere Einblicke in die physikalisch-chemischen Eigenschaften des komplexen Sensibilisator-/Elektroden-/Elektrolytsystems erforderlich. Unsere Forschung zielt darauf ab, die Grenzflächenprozesse von Solarzellen auf der Nanoskala unter operando Bedingungen im Detail zu beobachten, um wichtige Fragen der Solarzellenentwicklung zu beantworten: Welche Art von Sensibilisator-Elektroden-Elektrolyt-Interaktionen gibt es und wie sind sie an die Oberflächenmorphologie gekoppelt? Wie kann die Bauelementaktivität durch das Vorhandensein von Fehlstellen oder Heteromolekülen oder Partikeln gesteigert werden? Was ist der chemische Ursprung der Leistungsabnahme bei UV-Bestrahlung und/oder in Gegenwart von Sauerstoff oder Wasser? Die Aufzeigung der zusammenhänge zwischen des bekannten makroskopischer Solarzellleistung und den ihr zugrundeliegenden molekularen Prozessen unter realistischen Arbeitsbedingungen ebnet den Weg für ein rationelles Zelldesign. _{The SERS signature of PbS quantum dot oxidation
K. Stadelmann, A. Elizabeth, N. Martn Sabanés, K.F. Domke*
Vibrational Spectroscopy 2017, 91, 157-162.}