Bei der diesjährigen Absolventen*innenfeier verabschiedete die Fakultät V – Mathematik und Naturwissenschaften rund 590 Absolvent*innen: Insgesamt erlangten 307 Bachelor- und 230 Masterstudierende ihren Abschluss. Außerdem verlieh die Fakultät 45 Promotionen.
Für ihre Abschlussarbeit mit dem Titel „Structural-activity-correlation of multi metal MOFs directly synthesized on various substrates for alkaline OER”, in welcher die Verwendung mono- und multimetallischer Metallorganischer Gerüstverbindungen (MOFs) als Katalysatoren für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) in der alkalischen Wasserelektrolyse untersucht wurde, erhielt die Chemie-Absolventin Jasmin Schmeling eine Auszeichnung für herausragende Masterarbeit der Fakultät V.
Jasmin Schmeling hat nach ihrem Masterabschluss das Promotionsstudium an der Carl von Ossietzky Univeristät Oldenburg aufgenommen und forscht als Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe Prof. Michael Wark weiterhin auf dem Feld der alkalischen Wasserelektrolyse, wobei sie nun den Fokus auf spinpolarisierten und chiral-selektiven Elektrokatalysatoren für die OER gelegt hat.
Die Angehörigen und Mitarbeitenden des Instituts gratulieren Jasmin Schmeling herzlich zu dieser Auszeichnung und wünschen ihr weiterhin viel Erfolg bei ihrer Arbeit!
Masterstudium
Jasmin Schmeling hat in ihrer Masterarbeit die Verwendung mono- und multimetallischer Metallorganischer Gerüstverbindungen (MOFs) als Katalysatoren für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) in der alkalischen Wasserelektrolyse untersucht. Ihre Arbeit gliedert Jasmin Schmeling in viel Teile: „Im ersten Teil wurde die Katalysatorzusammensetzung als erster Parameter hinsichtlich der Anzahl an Metallen auf dem Baustahlsubstrat untersucht. Dabei zeigten vor allem der bimetallische MOF, bestehend aus Ni und Co, sowie der tetrametallische MOF, bestehend aus Ni, Co, Mn und Zn, herausragende Aktivitäten in der OER.
Im zweiten Teil wurde die Änderung der Synthesetemperatur als weiterer Parameter untersucht, wobei der Fokus auf den bi- und tetrametallischen MOF lag. Hierzu wurden die beiden Materialien vor und nach der OER detailliert charakterisiert. Es konnte festgestellt werden, dass die anfängliche kristalline, poröse MOF-Struktur, bestehend aus Metallionen und einem organischen Liganden, während der OER zerstört wird und sich Oxide, Hydroxide und Oxyhydroxide bilden. Letztere stellen die eigentlichen aktiven, aber auch sehr stabilen katalytischen Spezien dar.
Im dritten und vierten Teil der Untersuchung wurden verschiedene Substrate, darunter Nickel oder eine Fe-Ni-Legierung, als weitere Parameter analysiert. Zudem wurde durch die Variation des Eisengehalts als fünftes Metall eine erfolgreiche Filmabscheidung geprüft, da insbesondere auf dem Nickelsubstrat keine gute Abscheidung zu verzeichnen war.“
Interessant ist, dass die Abscheidung des Katalysatorfilms auf verschiedenen Metallsubstraten wie Baustahl, Nickel oder einer Fe-Ni-Legierung eine neuartige Synthesemethode, die ein ehemaliger Doktorand aus der Arbeitsgruppe von Prof. Wark publiziert hat, verwendet wurde. Die Masterarbeit dient somit auch dem Zweck, ein tieferes Verständnis der Synthesemethode hinsichtlich Variationen der Parameter zu liefern.
Promotionsvorhaben
Jasmin Schmeling hat sich entschieden, weiterhin auf dem Feld der alkalischen Wasserelektrolyse zu forschen – nun als wissenschaftliche Mitarbeiterin und Doktorandin in der Arbeitsgruppe Prof. Michael Wark. Der Fokus ihrer aktuellen Forschung liegt auf spinpolarisierten und chiral-selektiven Elektrokatalysatoren für die OER.
Jasmin Schmeling erklärt: „Gemäß der Quantenmechanik ist ein Elektron in der Lage, sich in zwei unterschiedlichen Spinzuständen zu befinden: dem Spin-up-Zustand oder dem Spin-down-Zustand. Es existieren verschiedene Methoden, mit deren Hilfe der Zustand eines Elektrons in einen der beiden Zustände polarisiert werden kann, beispielsweise durch den Einsatz spezifischer chiraler organischer Moleküle oder magnetischer Materialien oder durch ein Magnetfeld. In der vorliegenden Arbeit wird der Fokus auf den Ansatz mit den chiralen Molekülen gelegt, da diese aufgrund ihrer Diversität ein breites Spektrum an Untersuchungsmöglichkeiten bieten. Die Polarisierung des Spins durch chirale Moleküle beruht auf dem sogenannten CISS (Chiral Induced Spin Selectivity)-Effekt, welcher die selektive Interaktion von Elektronen mit unterschiedlichem Spin in chiralen Molekülen beschreibt. Die Ursache dieses Effekts liegt in der Wechselwirkung zwischen dem Spin der Elektronen und der räumlich asymmetrischen Struktur des chiralen Moleküls. Chirale Moleküle verfügen aufgrund der Anordnung der vier unterschiedlichen Substituenten über keine Symmetrieebene, was dazu führt, dass Elektronenbewegungen durch diese Moleküle eine bevorzugte Richtung der Spin-Ausrichtung erzeugen können. Nur Elektronen, deren Spin-Ausrichtung eine spezifische Orientierung aufweist, werden in dieser Weise bevorzugt durchgelassen. Elektronen mit der entgegengesetzten Spin-Ausrichtung werden stark behindert. Zudem tritt hier eine Spin-Bahn-Kopplung auf. Diese ist eine quantenmechanische Wechselwirkung, bei der das Magnetfeld, das durch die Bewegung eines Elektrons erzeugt wird, mit dem Spin des Elektrons interagiert. Chirale Moleküle verstärken diese Kopplung, was zu einer Trennung des Spins führt. Chirale Moleküle fungieren folglich als natürliche Spinfilter auf der Oberfläche von Materialien. Die Selektivität bezüglich des durchgelassenen Spins wird durch die Chiralität des Moleküls bestimmt. Im Prozess der Wasserelektrolyse findet eine Zerlegung des Wassers in die Elemente Wasserstoff und Sauerstoff statt. Dabei befindet sich das Wasser in der Singulett-Konfiguration, während der Sauerstoff im Triplet-Zustand vorliegt. Aus quantenmechanischer Sicht gilt diese Reaktion als Spin-verboten. Für die Umsetzung ist daher eine erhöhte Energiemenge erforderlich, die zu einem hohen Überpotential beiträgt. Theoretische Berechnungen zeigen, dass der erforderliche Energieaufwand erheblich verringert werden kann, wenn die Spin-Zustände bestimmter Sauerstoffintermediärzustände während der Reaktion in die gleiche Richtung polarisiert werden."