Stud.IP Uni Oldenburg
Universität Oldenburg
07.12.2021 16:34:37
che411 - Physikalische Chemie der Grenzflächen (Vollständige Modulbeschreibung)
Originalfassung Englisch PDF Download
Modulbezeichnung Physikalische Chemie der Grenzflächen
Modulkürzel che411
Kreditpunkte 9.0 KP
Workload 270 h
Einrichtungsverzeichnis Institut für Chemie
Verwendbarkeit des Moduls
  • Master Chemie (Master) > Mastermodule
Zuständige Personen
Wittstock, Gunther (Modulverantwortung)
Al-Shamery, Katharina (Modulverantwortung)
Wittstock, Gunther (Prüfungsberechtigt)
Al-Shamery, Katharina (Prüfungsberechtigt)
Özaslan, Mehtap (Modulberatung)
Dosche, Carsten (Modulberatung)
Brand, Izabella (Modulberatung)
Al-Shamery, Katharina (Modulberatung)
Wittstock, Gunther (Modulberatung)
Teilnahmevoraussetzungen
BSc in Chemie, Umweltwissenschaften oder Physik
Kompetenzziele
Kenntnisse (Wissen)
Nach dem Besuch von drei der angebotenen Vorlesungen und Übungen haben sich die Studierenden in ausgewählte forschungsnahe Grundkonzepte der Grenzflächenchemie eingearbeitet. Sie kennen die wichtigsten Definitionen, Konzepte und experimentellen Strategien. Sie kennen Besonderheiten nanoskaliger Systeme. Sie kennen die wichtigsten Präparationsstrategien für Modellsysteme und für ausgewählte technische Anwendungen.

Fertigkeiten (Können)
Die Studierenden können aus einem Katalog behandelter fortgeschrittener experimenteller und theoretischer Konzepte diejenigen auswählen, die für die Untersuchung von idealisierten und komplexen Grenzflächen geeignet sind. Sie können für oberflächenanalytische Techniken Veränderung von Signalen in Abhängigkeit von Probeneigenschaften und Versuchsparametern vorhersagen. Sie können experimentelle Strategien identifizieren, mit denen aus Anwendungssicht bestimmte Grenzflächeneigenschaften erzeugt werden können.
Modulinhalte
Für MSc. Chemie
Auf der Basis der im BSc-Studium grundlegend vermittelten Kenntnisse wählen die Studierenden entsprechend ihrer Schwerpunktwahl geeignete Fortgeschrittenenvorlesungen aus dem Vorlesungskanon der Physikalischen Chemie aus.

Studierende wählen aus dem Angebot 3 VL aus, wobei mindestens 2 VL aus dem ständigen Angebot zu wählen sind.

Für Promotionsstudiengang Interface Science
Studierende wählen nach Interessenlage und Bedarf 1 bis 3 VL (je 3 KP) und legen ein Kolloquium (30 min pass/fail) am Semesterende ab. Promotionsstudierende können nur Veranstaltungen wählen, die sie nicht bereits während des MSc.-Studium besucht haben.

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Die drei ständigen Vorlesungen sind
1) VL Structure of Interfaces and their Characterization, WiSe, freitags 8:30-10:00 Uhr
(Brand 12h, Al-Shamery 16h)

Struktur von Grenzflächen und ihre Charakterisierung:
Makroskopische Grenzflächenphänomene: Grenzflächenspannung, Kontaktwinkel, Benetzung, Einstellung von Benetzbarkeit
Exessgrößen, Adsorptionsisothermen, Ladungseffekte an Grenzflächen,
Herstellung molekular definierter Grenzflächenarchitekturen Transportphänomene an Grenzflächen, Kolloide, Kontrolle von Grenzflächeneigenschaften in technischen Verfahren, Grenzflächen in der Umwelt
Atomare Struktur von Oberflächen (zweidimensionales Gitter, Relaxation, Rekonstruktion, Notation von Oberflächenstrukturen ), Schwingungen an Oberflächen, Elektronische
Struktur von Oberflächen, Adsorption
Experimentelle Methoden: LEED (Prinzip der Beugung, reziprokes Gitter, Brillouin-Zonen, Methode), Rastersondenmethoden (reales Gitter,
Tunnelprozesse, STM, AFM), Photoelektronenspektroskopie (UPS, XPS),
Schwingungsspektroskopie an Oberflächen

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2) VL Solid-gas interfaces in theory and application, SoSe, montags 12:15-13:45 Uhr
(Al-Shamery)

Vertiefung der Kenntnisse im Bereich der festgasförmig-Grenzflächen mit Schwerpunkt auf niederdimensionalen Systemen:
• Optische und elektronische Eigenschaften niederdimensionaler
Systeme
• Adsorption und Mikrokinetik an nanostrukturierten Materialien

Anwendungen
• Nanostrukturierte Materialien in der heterogenen Katalyse: Moderne
Konzepte aus der Sicht der Oberflächenchemie
• Nanostrukturierte Materialien mit Anwendungen in der Nanooptik

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3) VL Integrated Chemical Systems, SoSe, dienstags 10:15-11:45 Uhr
• Theorie: Konzept der integrierten molekularen Funktionssysteme, Analogien und Unterschiede zwischen existierenden biologischen und technischen Systemen, spektroskopische und lichtmikroskopische Verfahren
• Präparationsverfahren: Selbstorganisation, Polymerfilme, leitende Polymere, biomimetische Systeme, Aspekte der Miniaturisierung und lateralen
Strukturierung -Elektrochemische Charakterisierungsverfahren
-Halbleiterelektrochemie
• Struktur- und Funktionsbeziehungen in wichtigen Anwendungen:
Chemo- und Biosensoren, Ankopplung molekularer Schalter an technische System, farbstoffsensibilisierte Solarzellen, elektrochemische Energiespeicher

Das Angebot wird durch weitere VL insbesondere von promovierten Nachwuchswissenschaftlern erweitert.

a) VL Modern Spectroscopy for Particle and Interface Analytics, SoSe, dienstags 16:15-17:45

Mess-Systeme:
• Laserphysik (Grundlagen, Lasertypen, Modenselektion, Kurzpulserzeugung, Nicht-Lineare Optik)
• Optische Systeme (Optische Bauteile, Monochromator-Konzepte, Detektoren)
Anwendungen:
• Absorptionsmethoden (Intra-Cavity-Absorption, Cavity-Ring-Down-Spektroskopie, ATR, Oberflächen-Plasmonen-Resonanz, Modulationsspektroskopie, PMIRRAS)
• Streu-und Reflexionsmethoden (Grundlagen Rayleigh- und Mie-Streuung, Dynamische Lichtstreuung, Photonendichtewellen-Spektroskopie, Surface Enhanced Raman Scattering, Coherent Antistokes Raman Scattering, Ellipsometrie)
• Emissionsmethoden (Zeitaufgelöste Fluoreszenzspektroskopie, Fluoreszenzanisotropie, Einzelmolekülspektroskopie, Fluoreszenz-Korrelationsspektroskopie, Förster-Transfer, Scanning Near Field Optical Microscopy, Total Internal Reflection Microscopy)
• Nicht-Lineare Optik (Second Harmonic Generation, Summen-Frequenz-Spektroskopie

b) VL Physikalische Chemie von ungewöhnlichen Reaktionsmedien, WiSe, montags 8:00 – 10:00 (Brand)

Teil 1: Definition und die mathematische Beschreibung der physikalischen Kräfte zwischen zwei wechselwirkenden Atomen, Atomen und Oberflächen sowie zwei makroskopischen Objekten; Analyse der Kraft-Abstand und Energie-Abstand Kurven

Teil 2: Analyse der van der Waals und elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen Molekülen und Oberflächen; Messung der intermolekularen Wechselwirkungen zwischen zwei mikroskopischen sowie mikroskopischen und makroskopischen Objekten; Anwendung der AFM für die Untersuchung der intermolekularen Wechselwirkungen (Kraft-Abstand Kurven), Beschreibung der elektrischen Doppelsicht in ionischen Flüssigkeiten,

Teil 3: Selbstassemblierung; Beschreibung des Aggregationsphänomens der weichen Materie (Beispiel: Polymere), Selbstorganisation der amphiphilen Moleküle (Beispiele: Lipide und flüssigen Kristalle) und natürlichen Polymere: Proteinfaltung und Struktur der DNS

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c) VL Elektrokatalyse und Grenzflächen, WiSe, dienstags 10:15-11:45
• Grundlagen (Nernst Gleichung, Butler-Volmer)
• Potential-induzierte Rekonstruktionen von Einkristallen
• Elektrodenmaterialien: Einkristalle, polykristalline Elektroden, Nanopartikel
• Anwendung des D-Band Modells in der Elektrokatalyse

Anwendungen:
• Wasserstoff Oxidation/Evolution
• Sauerstoff Reduktion/Evolution
• Alkohol Oxidation
Literaturempfehlungen
• VL Struktur von Oberflächen und ihre Charakterisierung (Brand)
• M. Henzler, W. Göpel: Oberflächenphysik des Festkörpers (Teubner Studienbücher)
• K. W. Kolasinski: Surface Science (Wiley)
• H.-D. Dörfler, Grenzflächen und kolloiddisperse Systeme, Springer, Berlin 2002
• Adamson, A.W.; Gast, A.P.; “Physical Chemistry of surfaces”, Wiley, Weinheim, 1997
• Vickerman, J.C.; Gilmore, I.S.; „Surface analysis. The principal techniques”, Wiley, Chichester, 2009
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• VL Integrierte Funktionssysteme (Wittstock)
• R.J. Forster, T.E. Keyes, J.G. Vos, Interfacial Supramolecular Assemblies
• A.J. Bard, L.R. Faulkner, Electrochemcal Methods
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• VL Oberflächenchemie (Al-Shamery)
• I. Chorkendorff, J. W. Niemantsverdriet: Concepts of Modern Catalysis and Kinetics (Wiley-VCH)
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• VL Modern Spectroscopy (Dosche)
• Demtröder: Laserspektroskopie (Springer)
• Lakowicz: Principles of Fluorescence Spectroscopy (Springer)
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• VL Physikalische Chemie von ungewöhnlichen Reaktionsmedien (Brand)
• Israelachvili, J.N.; „Intermolecular and surface forces“, Academic Press, Amsterdam, 2011
• Hyde, S; Andersson, S.; Larsson, K.; Blum, Z.; Landh, T.; Lidin, S.; Ninham, B.W.; “The language of shape. The role of curvature in condensed matter: Physics, chemistry and biology”, Elsevier, Amsterdam, 1997
Links
Unterrichtssprache Englisch
Dauer in Semestern 3 Semester
Angebotsrhythmus Modul jährlich
Aufnahmekapazität Modul unbegrenzt
Modullevel / module level MM (Mastermodul / Master module)
Modulart / typ of module Wahlpflicht / Elective
Lehr-/Lernform / Teaching/Learning method 3 Vorlesungen aus dem Vorlesungskatalog:
ständiges Angebot
- WiSe, Fr 8:30-10:00 Structure of Surfaces and their Characterization
- SoSe, Mo 12:15-13:45 Solid-gas interfaces in theory and application
- SoSe, Di 10:15-11:45 Integrated Chemical Systems
Das Angebot wird durch weitere VL insbesondere von promovierten Nachwuchswissenschaftlern erweitert.
Zu wählen sind mindestens 2 VL aus dem ständigen Katalog.

Studierende der Promotionsstudiengänge können die VL einzeln zu je (3 KP) wählen.
Vorkenntnisse / Previous knowledge
Lehrveranstaltungsform Kommentar SWS Angebotsrhythmus Workload Präsenz
Vorlesung
6 WiSe 84
Übung
3 42
Präsenzzeit Modul insgesamt 126 h
Prüfung Prüfungszeiten Prüfungsform
Gesamtmodul
In der vorlesungsfreien Zeit entsprechend separater Ankündigung
1 benotete Prüfungsleistung:
1 mündliche Prüfung von max. 45 Min. (100 %)
Prüfung kann auf Deutsch oder Englisch abgelegt werden