Förderbeginn 01.07.2010 | ||
Atomistisches Verständnis umweltrelevanter Reaktionsprozesse an Oberflächen | ||
PD Dr. Rossitza Pentcheva
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Prof. Dr. Gordon Brown jr.
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Toxische Schwermetalle wie Quecksilber sowie Arsen- und Selen-Komplexe treten in verschiedenen Umgebungen auf und verursachen erhebliche Umweltprobleme. Die effiziente Einbindung von Schadstoffen in verschiedene chemische Formen aus Abgasen, Flugasche, Minenabwässern und kontaminierten Sedimenten stellt eine große technologische Herausforderung dar. Um ein atomistisches Verständnis der Wechselwirkung von Selen und Arsen Spezies mit Mineraloberflächen sowie Silber Nanopartikeln in Kohlenstoffnanoröhrchen zu erlangen, wird in diesem Projekt ein kombinierter experimenteller und theoretischer Ansatz verfolgt. Die chemische Speziation der Komplexe wird durch Synchrotron-basierte Röntgen Adsorptions- und Photoemissionsspektroskopie untersucht. Parallel werden Dichtefunktionaltheorie Rechnungen Informationen über die Reaktionsmechanismen und Zwischenprodukte liefern, welche die Reaktionskinetik bestimmen, aber experimentell oft nicht direkt zugänglich sind. |
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Abschlussbericht:
Eine Vielzahl von technologisch und geowissenschaftlich relevanten Prozessen an Mineraloberflächen findet an der Grenzfläche zu Wasser statt. Daher war ein zentrales Thema des Kollaborationsprojekts, das im Zeitraum von 07/2010-12/2011 gefördert wurde, die Untersuchung der Adsorption von Wasser auf der Fe3O4(001) Oberfläche mit einer Kombination aus Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) und Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen gemessenen und berechneten Verschiebungen der Rumpfelektronen-Niveaus für verschiedene adsorbierte Spezies (H2O, OH). Die DFT Rechnungen deuten auf eine dominierende Rolle von Endzustandseffekten hin [J. Phys. Chem. C 117, 2719 (2013)]. Die Resultate zeigen einen Übergang von dissoziativer Adsorption an Defektplätzen bei niedrigen Partialdrücken hin zu einer partiellen Dissoziation von Wasser bei höheren Drücken, was auf kooperative Effekte hinweist. Es ist geplant, die Untersuchungen auf weitere Adsorbate wie z.B. CO auszudehnen. | |
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