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Untersuchung der Wechselwirkung von Wasser mit Metalloxid Nanoteilchen

Betreung:Susan Koeppen, Thomas Frauenheim.

Die Wechselwirkung von Wasser mit Metalloxid-Nanoteilchen beeinflusst in starkem Maße das Verhalten dieser Materialien und ihr Anwendungspotential in der Energiegewinnung im Rahmen der Photokatalyse und Photovoltaik. Deshalb ist es von großem Interesse, das Grundlagenverständnis über die atomare Struktur und die chemischen Wechselwirkungsprozesse mittels Dichtefunktional-basierter Simulationsmethoden (DFT-Molekulardynamik) zu vertiefen.

Im Rahmen der Bachelorarbeit wird die Wechselwirkung von Wasser (Einzelmoleküle, Monolagen und Bilagen) mit den am häufigsten auftretenden Oberflächen von Zinkoxid (ZnO) mittels der in Bremen entwickelten DFTB Methode (Dichtefunktional-basiertes Tight Binding), siehe https://www.dftb.org/about-dftb/ untersucht. Dabei kommen methodische Erweiterungen zum Einsatz, welche das Verhalten von Wasser mittels DFTB gegenüber der älteren Implementierung, die starke Defizite im Verhalten von Wasser auf ZnO zeigte, stark verbessern. Es werden die stabilsten Adsorbatkonfigurationen/-geometrien energetisch klassifiziert und mit älteren Rechnungen sowie genauen ab initio DFT-Ergebnissen verglichen. Die Ergebnisse bilden dann die Grundlage um schrittweise die Ausbildung von bulk-Wasserphasen an diesen Oberflächen in ihrer Strukturdynamik zu beschreiben und mit experimentellen Ergebnissen zu vergleichen.