Strukturanalytik
FACHBEREICH 6.3
Der Fachbereich 6.3 erforscht und entwickelt Advanced Materials an der Schnittstelle von Synthese, Strukturaufklärung und funktionaler Charakterisierung. Im Fokus stehen nachhaltige Materialkonzepte, mechanochemische und automatisierte Synthesewege sowie analytische Verfahren zur Untersuchung von Struktur, Funktion und Reaktionsverhalten unter realen Bedingungen.
Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Verbindung experimenteller Materialentwicklung mit hochauflösender Analytik. Dazu zählen Röntgenmethoden, Festkörper-NMR, Synchrotronverfahren (Spektroskopie, Beugung und Streuung), Massenspektrometrie, Porositätsanalytik und Transmissionselektronenmikroskopie, mit denen Materialien über verschiedene Größen- und Zeitskalen hinweg präzise charakterisiert werden können.
Die Forschung umfasst sowohl grundlegende Fragen der Struktur- und Reaktionsanalyse verschiedener Materialklassen wie biologische, organische und metallorganische (Koordinations-)Polymere (COFs, MOFs), mineralische Materialien (z.B. Phosphate und Sulfate), diverse Cokristallsysteme sowie deren Anwendungsmöglichkeiten. Dazu gehören unter anderem die PFAS-Adsorption, photokatalytische Zersetzung von Wasserschadstoffen, Anwendungen der Energiespeicherung und -umwandlung (elektrokatalytische Synthese und Protonenleiter), Kreislaufwirtschaft in Bezug auf Gips-Recycling.
Projekte
NMR-Batt - Festkörper und operando NMR-Analytik für die Batterieforschung
IMPACTIVE - Innovative Mechanochemical Processes to synthesize ACTIVE green pharmaceutical ingredients
SFB1349 - Fluor-Spezifische WW zur Detektion und reversiblen Immobilisierung perfluorierter Verbindungen
Volkswagenstiftung Ressources - Biogene und zirkuläre Ansätze zur Entfernung von PFAS mit ligninbasierten Adsorbermaterialien
In-situ-Untersuchung diffusionskontrollierter Phasenbildung und des Kornwachstums in funktionellen Heusler/Perowskit-Materialien unter Verwendung multimodaler Synchrotron-basierter Techniken
EU-MACE Legacy Labs and Legacy Labs 2: Die Initiative „EU-MACE (European Materials Acceleration Center for Energy) Legacy Lab“ (Aktion CA22123) verbindet traditionelle („Legacy“) Materialforschungslabore mit fortschrittlichen Materialbeschleunigungsplattformen (MAPs), um die Entwicklung nachhaltiger Energiematerialien zu beschleunigen. Sie integriert Digitalisierung und autonome Werkzeuge in bestehende Infrastrukturen, um die Lücke zwischen traditioneller Forschung und KI-gestützter Hochdurchsatzforschung zu schließen.
-
Kompetenzen
- Quantitative Analyse von Röntgenpulverdiffraktogrammen mittels Rietveld-Methode und Paarverteilungsfunktionsanalyse
- Bestimmung und Verfeinerung von Kristallstrukturen
- Röntgenkleinwinkelstreuung und -beugung mittels Synchrotron Strahlung in-situ und ex-situ
- Festkörper-NMR, speziell operando und in-situ Batterieforschung
- Synchrotron-XRF, Micro-XRF, Total-Reflektion-XRF, double-dispersive XRF, on-the-fly-XRF, standard-XAFS, Micro-XAFS, dispersive XAFS, Grazing-Exit-XRF und XAFS
- Entwicklung von optimierungswerkzeuge durch digitale Zwillinge unterstützte Arbeitsabläufe
- Oberflächen- und Porenanalyse von porösen Festkörpern und Nanomaterialien
- Charakterisierung von Polymeren und Copolymeren hinsichtlich Größe, mittlerer Molmasse, Größen- und Molmassenverteilung, Endgruppen und chemischer Heterogenität
- Entwicklung von Probenumgebungen für In-situ- und In-operando-Untersuchungen sowie für die automatisierte Synthese in Flüssigkeiten und für die Mechanochemie
-
Arbeitsschwerpunkte
- In-situ-Untersuchung von Kristallisationsprozessen und Synthesen zur Aufklärung von Kinetik und Mechanismus
- Mechanochemie als grüne Synthesemethode
- Ab-initio-Strukturbestimmung aus Röntgenpulverdaten
- Synchrotronbasierte, orts- und zeitaufgelöste Röntgenabsorptionsspektroskopie
- Synchrotron-Röntgenfluoreszenzanalyse
- Operando-NMR für Energiespeichermaterialien sowie Diffusionsmessungen mittels PFG-NMR
- Optimierungsverfahren mittels maschinellen Lernens
- Chromatografische Trennung von Polymeren und Copolymeren nach chemischer Heterogenität
- Charakterisierung mit spektroskopischen und spektrometrischen Techniken
- MALDI-TOF-ImagingEntwicklung zertifizierter Referenzmaterialien für Gasadsorption und Quecksilberporosimetrie
- Protonenleitfähigkeitsmessungen mittels Impedanzspektroskopie
- Modellierung und Interpretation von Klein- und Weitwinkel-Röntgenstreuungsdatensätzen (SAXS/WAXS)
-
Angebotsspektrum/Technische Ausstattung
- Einkristall- und Pulverdiffraktometrie
- Paarverteilungsfunktionsanalyse (PDF)
- MALDI- und ESI-TOF-Massenspektrometrie
- Molmassen- und Funktionalitätsbestimmung mittels LC
- Bestimmung spezifischer Oberflächen – BET-Verfahren (DIN ISO 9277)
- Meso- und Mikroporenanalyse mittels Gasadsorption (DIN 66134, 66135, ISO 15901-2, ISO 15901-3)
- Quecksilber-Intrusionsporosimetrie, Meso- und Makroporenanalyse (DIN ISO 15901-1)
- Festkörper NMR-Spektrometrie
- Charakterisierung nanoskaliger Strukturen mittels hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
- Thermogravimetrische Analyse und dynamische Differenzkalorimetrie
- Labor für die „Materials Acceleration Platform“ (MAPs), die eine automatisierte Synthese mit ML-gestützten Ergebnissen ermöglicht.
- Spectoroscopy@BAMline für die elementare und chemische Speziation
-
Publikationen des Fachbereichs
In der Datenbank PUBLICA finden Sie Veröffentlichungen von Mitarbeitern und Mitarbeiterinnen der BAM.
Veröffentlichungen des Fachbereichs Strukturanalytik in PUBLICA
-
Prof. Dr. rer. nat. Franziska Emmerling
Die BAM ist eine wissenschaftlich-technische Bundesoberbehörde
im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.
