Diplomarbeitsthemen im Arbeitskreis von Prof. Kappes
(1) Gas-Phasen Untersuchungen zur Ionen-Chemie von doppelt negativ geladenen Gold-Clustern in einer Penning-Ionenfalle
In der Penning-Falle eines Fourier-Transformations-Massenspektromters sollen Gold-Cluster-Dianionen massenselektiv auf ihre chemische Reaktivität hinsichtlich kleiner Moleküle (O2, NO, N2O, CO) untersucht werden. Dazu sollen die einfach negativ geladene Metall-Cluster, die in einer Laser-Verdampfungsquelle generiert werden, mittels Elektronenanlagerung in der Falle zum Dianion (ggf. auch höhere Ladungszustände) aufgeladen werden. An die zu messenden reaktions-kinetischen Daten sollen entsprechende Ratengleichungen angepaßt und aus den erhaltenen Raten-Konstanten Molekül-Cluster-Bindungsenergien abgeleitet werden.
Weitergehende Messungen beinhalten komplexere Folgereaktionen relevant für katalytische Reaktionenprozesse wie z.B. die CO-Oxidation oder die Wassergas-Shift-Reaktion. Die experimentellen Untersuchungen sollen ergänzt werden durch ab-initio-Rechnungen der Grundzustandseigenschaften (z.B. Bindungsenergien)
Kontakt und weitere Informationen:
Dr. Oliver Hampe
oliver hampeIrr9∂kit edu, Tel: 0721-608-26416
(2) Untersuchungen zum Floureszenzverhalten von CeSe und CdTe Nanokristallen in der Gasphase.
CdSe und CdTe Nanokristalle zeigen ein stochastisches Fluoreszenzblinken, das bis heute nicht vollständig verstanden ist. Beiträge zur Aufklärung des Blinkmechanismus können durch Fluoreszenzmessungen in der Gasphase, d.h. an isolierten Teilchen in kontrollierter Umgebung erfolgen. Dazu sollen Nanokristallionen mittels Elektrospray-Ionisation in die Gasphase gebracht und in einer Paulfalle gespeichert werden. Der zeitliche Verlauf der Ensemblefluoreszenz der Nanokristallionen soll dann nach Anregung mit einem Ar+-Laser detektiert und mit theoretischen Modellen verglichen werden.
Kontakt und weitere Informationen:
Dr. Detlef Schooß
detlef schoossCav3∂kit edu, Tel: 0721-608-26362
(3) Entwicklung vom CVD (Chemische Gasphasenabscheidung) Verfahren zum selektiven Wachstum von Kohlenstoff-Nanoröhren.
Die CVD Herstellung von Kohlenstoff-Nanoröhren ist ein technologisch sehr flexibles Verfahren, das zur Zeit intensiv entwickelt wird. In einer typischen CVD Präparation wachsen Kohlenstoff-Nanoröhren auf einem Substrat mit deponierten metallischen Katalysator-Nanopartikeln (z.B., aus Eisen oder Cobalt) im Folge der Zersetzung von Gasen wie Ethylen oder Acethylen bei Temperaturen um 700-900°C. Durch Anordnung von Katalysator-Partikeln auf dem Substrat (z.B., mittels Lithographie) kann auch selektives Wachstum von Nanoröhren erzielt werden.
In dieser Arbeit soll das CVD Verfahren optimiert werden, um einzelne und eventuell orientierte Kohlenstoff-Nanoröhren an verschiedenen, auch vorstrukturierten Substraten zu erzeugen. Als analytische Methoden werden Elektronenmikroskopie, AFM und Raman Spektroskopie eingesetzt.
Kontakt und weitere Informationen:
Dr. Sergei Lebedkin
lebedkinXmf6∂kit edu, Tel: 0721-608-26391
(4) Photolumineszenz-Mikroskopie von Kohlenstoff-Nanoröhren.
Halbleitende einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren zeigen nah-infrarote Photolumineszenz mit charakteristischen Emissions- und Anregungsenergien, die dem ersten elektronischen Übergang (Bandlücke) und den höheren optisch-erlaubten elektronischen Übergängen entsprechen. Dabei kann man die beobachtete Photolumineszenz zu bestimmten Nanoröhren-Strukturen (mit bestimmten Durchmesser und Helizität) zuordnen und damit deren Eigenschaften als Funktion der Struktur untersuchen.
Obwohl die Photolumineszenz von Kohlenstoff-Nanoröhren relativ schwach ist, kann man sie mit hochempfindlichen Laser-Mikroskop-Techniken sogar von einzelnen Nanoröhren messen. Ein Ziel ist Information über das Verhalten von einzelnen Nanoröhren und den Einfluss der Umgebung zu gewinnen. Das Thema der Diplomarbeit kann aus mehreren geplanten Vorhaben gewählt werden, z.B.: (i) Photolumineszenz freitragender einzelner SWNTs in kontrollierter Gasumgebung sowie (ii) msec zeitaufgelöste Photolumineszenz Messungen der Bewegung von einzelnen SWNTs in wässrigen Suspensionen unter angelegten elektrischen Feldern
Kontakt und weitere Informationen:
Dr. Sergei Lebedkin
lebedkinEai9∂kit edu, Tel: 0721-608-26391
(5) Entwicklung von Trennmethoden von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren.
Einwandige Kohlenstoffnanoröhren lassen sich in hohen Ausbeuten und hoher Reinheit zurzeit durch verschiedenste Synthesemethoden herstellen. Die dabei hergestellten einwandigen Röhren besitzen, je nach verwendeter Synthesemethode, eine bestimmte Durchmesser- und Längenverteilung. Nanoröhren können sowohl halbleitend als auch metallisch sein. Bei allen bisher benutzen Herstellungsmethoden entstehen immer Mischungen aus halbleitenden und metallischen Nanoröhren.
Ein Diplomarbeitsthema könnte darin bestehen, mithilfe von größenselektierten Metallclustern in einem bereits in der Gruppe bestehenden CVD-Verfahren die Durchmesserverteilung und eventuell den Anteil von halbleitenden bzw. metallischen Röhren zu beeinflussen (siehe auch Diplomarbeitsthema 3).
Ein zweites Diplomarbeitsthema könnte darin bestehen, bereits bestehende Trennverfahren zur Trennung von Nanoröhren nach Länge, Durchmesser und/oder elektronischer Eigenschaft zu verbessern bzw. neue Verfahren zu entwickeln.
Beide Themen erfordern den Einsatz verschiedenster Untersuchungsmethoden: AFM (Rasterkraftmikroskopie), Raman-, Fluoreszenz-Spektroskopie/Mikroskopie sowie auch Rastereletronenmikroskopie (siehe auch Diplomarbeitsthema 4).
Mögliche Interessenten sollten Interesse sowohl an chemischen (z. B. Size Exclusion Chromatographie) wie auch physikalischen Fragestellungen (z. B. Rechnungen zur elektronischen Struktur) haben.
Kontakt und weitere Informationen:
Dr. Frank Hennrich
frank hennrichQgy4∂kit edu, Tel: 0721-608-26976
(6) Nanostrukturierung von Graphitoberflächen und Abscheidung von Kohlenstoff
In der Arbeitsgruppe konnte kürzlich ein neuartiges Nanostrukturierungsverfahren entwickelt werden um grossflächige periodische Nanostrukturen auf der Graphit-Basalfläche zu erzeugen. Dabei werden in einem Teilschritt Defektstrukturen bei hohen Substrat-Temperaturen oxidiert. Neben einer atomar-aufgelösten Charakterisierung der Nanostrukturen an sich, soll in der Diplomarbeit auch der Oxidationsmechanismus detailliert untersucht werden. Zum Einsatz kommen werden die Methoden: in-situ Massenspektrometrie, Schwingungsspektroskopie, Elektronenmikroskopie, Rasterkraftmikroskopie sowie Rastertunnelmikroskopie. Weiterhin sollen die nanostrukturierten Graphitoberflächen zur systematischen Untersuchung der CVD Abscheidung von verschiedenen Kohlenstoff-Formen eingesetzt werden (sowohl unter hochtemperatur Bedingungen pyrolytischer Kohlenstoff wie auch mit Hilfe von Übergangsmetallkatalysatoren Kohlenstoff Nanoröhren).
Kontakt und weitere Informationen:
Dr. habil Artur Böttcher
artur boettcherKbm9∂kit edu, Tel: 0721-608-43254
(7) Erzeugung massenselektierter Metallcluster auf Oberflächen durch Ionenstrahlabscheidung
Die Eigenschaften ligandfreier Metallcluster hängen stark von der Zahl der Atome im Cluster ab. Desweiteren führt die Adsorption eines freien Metallclusters an einer Oberfläche zu einer dramatischen Modifikation seiner wichtigsten chemischen und physikalischen Eigenschaften. Wie die Eigenschaften sich genau verändern ist allerdings für die wenigsten Metallcluster bekannt. Im Rahmen der Diplomarbeit sollen dazu systematische Messungen als Funktion der Clustergröße durchgeführt werden. Die Massenselektion und die Deponierung der Metallcluster erfolgen unter Ultrahochvakuumbedingungen in einer bestehenden Ionenstrahl Apparatur. Die elektronische Struktur der deponierten Cluster soll mittels Photoelektronenspektroskopie (UPS und XPS) charakterisiert werden. Die thermische Stabilität und die Cluster-Substrat-Wechselwirkung werden mittels TDS untersucht. Als mittelfristiges Ziel wird auch angestrebt die Oxidation der deponierten Cluster mit Hilfe der Infrarot Absorption zu untersuchen.
Kontakt und weitere Informationen:
Dr. habil Artur Böttcher
artur boettcherZjy4∂kit edu, Tel: 0721-608-43254
Priv. Doz. Patrick Weis
patrick weisGxi6∂kit edu, Tel: 0721-608-43306
(8) Inbetriebnahme und Optimierung einer Driftzelle zur Messung von Ionenmobilitäten
Die Messung der Driftgeschwindigkeit von Molekülionen in Gasen (=Ionenmobilitätsmessung) stellt eine Methode dar, um die Strukturen von größeren Molekülen zu ermitteln und Isomere zu trennen. Wir haben in unserer Gruppe diese Methode bei einer Reihe von Metallclustern angewendet und konnten damit bspw. zeigen, dass negativ geladene Goldcluster mit bis zu zwölf Atomen planar sind und dass es bei manchen Clustergrößen mehrere Isomere gibt, die sich teilweise ineinander umwandeln. Derzeit arbeiten wir an einer verbesserten Version der Driftzelle - verbessert im Hinblick auf die Transmission, d.h. Signalintensität. Das Ziel ist dabei, die Methode der Ionenmobilitätsmessung mit Photodissoziationspektroskopie und Photoelektronenspektroskopie zu kombinieren, also Spektroskopie an isomerenselektierten Ionen durchführen zu können. Zentrales Element des Aufbaus ist eine Radiofrequenzdriftzelle, von der ein Prototyp derzeit konstruiert und im WS2006 in Betrieb genommen und getestet wird. Im Rahmen einer Diplomarbeit könnte diese Zelle charakterisiert und optimiert werden.
Kontakt und weitere Informationen:
PD Dr. Patrick Weis
patrick weisHmc6∂kit edu, Tel: 0721-608-43306