idw – Informationsdienst Wissenschaft
Nachrichten, Termine, Experten
Nachrichten, Termine, Experten
Wie sich die Oberfläche von Zinkoxid auf einfache Art leitfähig machen lässt, entdeckten Bochumer Chemiker per Zufall: Bei Experimenten an Zinkoxid-Oberflächen stellten die Forscher um Prof. Dr. Christof Wöll (Physikalische Chemie I) fest, dass Wasserstoff-Atome bei Raumtemperatur ausschließlich mit den Sauerstoff-Atomen an der Zinkoxid-Oberfläche reagieren, während die Zink-Atome frei bleiben. Den Zink-Atomen fehlt somit ein "Nachbar", mit dem sie eine weitere Bindung eingehen können - es bleiben ungepaarte Elektronen übrig, die elektrischen Strom leiten. Aus dem Isolator Zinkoxid wird ein guter elektrischer Leiter. Dieser Fund gibt Anstöße z.B. für die Herstellung von Solarzellen und Wasserstoffsensoren. Über ihre Funde berichten die RUB-Forscher in der aktuellen Ausgabe von Physical Review Letters.
Bochum, 02.01.2006
Nr. 001
Anstöße für die Entwicklung neuer Solarzellen
RUB-Chemiker untersuchen Metallisierung von Oxiden
Physical Review Letters berichtet über "teilgefüllte Bänder"
Wie sich die Oberfläche von Zinkoxid auf einfache Art leitfähig machen lässt, entdeckten Bochumer Chemiker per Zufall: Bei Experimenten an Zinkoxid-Oberflächen stellten die Forscher um Prof. Dr. Christof Wöll (Physikalische Chemie I) fest, dass Wasserstoff-Atome bei Raumtemperatur ausschließlich mit den Sauerstoff-Atomen an der Zinkoxid-Oberfläche reagieren, während die Zink-Atome frei bleiben. Den Zink-Atomen fehlt somit ein "Nachbar", mit dem sie eine weitere Bindung eingehen können - es bleiben ungepaarte Elektronen übrig, die elektrischen Strom leiten. Aus dem Isolator Zinkoxid wird ein guter elektrischer Leiter. Dieser Fund gibt Anstöße z.B. für die Herstellung von Solarzellen und Wasserstoffsensoren. Über ihre Funde berichten die RUB-Forscher in der aktuellen Ausgabe von Physical Review Letters.
Durchsichtig und leitfähig soll es sein
Für viele Anwendungen, z.B. in Solarzellen, werden durchsichtige, leitfähige Materialien gebraucht. Metalle, die klassischen Leiter, sind aber undurchsichtig und kommen daher nicht in Frage. Deswegen interessiert man sich seit langem für die entsprechenden Metall-Oxide. Allerdings sind Oxide normalerweise gute Isolatoren. So sind oxidierte Kontakte im Zündverteiler der Alptraum eines jeden Autofahrers. Es gibt jedoch Ausnahmen: Das durchsichtige Indium-Zinn-Oxid (ITO) ist leitfähig und wird bereits vielfältig eingesetzt. Als leitende Schicht in Solarzellen muss es allerdings in einem extra Arbeitsschritt auf Oberflächen - etwa auf die des häufig eingesetzten Zinkoxids - aufgedampft werden.
Zufallsfund im SFB
Die Forscher am Lehrstuhl für Physikalische Chemie I der Ruhr-Universität fanden nun heraus, dass die Leitfähigkeit an der Oberfläche von Zinkoxid-Oberflächen auch einfacher zu haben ist: Geringe Mengen Wasserstoff reichen aus, um die Oberfläche metallisch zu machen. "Eigentlich handelt es sich dabei um einen 'Zufallsfund'", erklärt Prof. Wöll, "das Hauptinteresse der Untersuchungen gilt den chemischen Eigenschaften von Zinkoxidoberflächen, insbesondere in Zusammenhang mit der Synthese von Methanol im Sonderforschungsbereich 558." Die Wissenschaftler entdeckten bei Experimenten mit atomarem Wasserstoff in einer Ultrahochvakuum-Kammer, dass bei Zimmertemperatur die Wasserstoff-Atome nur mit den Sauerstoff-Atomen an der Zinkoxid-Oberfläche reagieren, während die Zink-Atome an der Oberfläche frei bleiben. Die H-Atome in den sich an der Oberfläche bildenden OH-Gruppen haben also keine Partner an den benachbarten Metallatomen.
Teilgefüllte Bänder leiten den Strom
Wie theoretische Berechnungen von Dr. Bernd Meyer (Theoretische Chemie) zeigen, führt das zur Bildung von "ungepaarten" Elektronen. Festkörperphysikers sprechen von so genannten teilgefüllten Bändern. "Wichtiges Resultat ist, dass die Elektronen dann frei beweglich sind; aus dem Isolator Zinkoxid wird ein elektrischer Leiter", so Prof. Wöll. Da Zinkoxid für die Herstellung von Solarzellen von erheblichem Interesse ist, erwarten die Forscher von diesem Ergebnis Anstöße für die Entwicklung neuer Solarzellen. Außerdem erlauben die Daten erstmals tiefere Einsichten in die Funktionsweise von Wasserstoffsensoren, die ebenfalls auf dem Material Zinkoxid basieren.
Titelaufnahme
Y. Wang, B. Meyer, X. Yin, M. Kunat, D. Langenberg, F. Traeger, A. Birkner and Ch. Wöll: Hydrogen Induced Metallicity on the ZnO(10-10) Surface. In: Physical Review Letters 95, 266104 (2005)
Weitere Informationen
Prof. Dr. Christof Wöll, Lehrstuhl für Physikalische Chemie I, Fakultät für Chemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, NC 5/ 74, Tel. 0234/32-25529, Fax: 0234/32-14182, E-Mail: woell@pc.ruhr-uni-bochum.de
Bei Zimmertemperatur führt die chemische Bindung von Wasserstoffatomen an Zinkoxid-Oberflächen zur A ...
None
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Biologie, Chemie, Mathematik, Physik / Astronomie
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
Bei Zimmertemperatur führt die chemische Bindung von Wasserstoffatomen an Zinkoxid-Oberflächen zur A ...
None
Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.
Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).
Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.
Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).
Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).
