che411 - Physikalische Chemie der Grenzflächen (Vollständige Modulbeschreibung)

Kenntnisse (Wissen)

• Nach dem Besuch von drei der Angebote 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.

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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Ständiges Angebot:

1. VL Structure of Interfaces and their Characterization; (5.07.409 WiSe), (Brand, Al-Shamery)
   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
2. VL Solid-gas interfaces in theory and application; (5.07.411, SoSe), (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
3. VL Integrated Chemical Systems (5.07.521, SoSe), (Wittstock)
   • 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

Erweiterungsangebot 

1. VL Modern Spectroscopy for Particle and Interface Analytics(5.07-950, SoSe), (Dosche)
   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
2. VL Physikalische Chemie von ungewöhnlichen Reaktionsmedien (5.07.110, WiSe), (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 DN

VL Structure of Interfaces and their Characterization (Al-Shamery, Brand)

• M. Henzler, W. Göpel, „Oberflächenphysik des Festkörpers“, Teubner.
• K. W. Kolasinski, „Surface Science“, Wiley.
• A. W. Adamson, A.P. Gast, “Physical Chemistry of surfaces”, Wiley, Weinheim.
• J. C. Vickerman, I. S. Gilmore, „Surface analysis. The principal techniques”, Wiley, Chichester.

VL Solid-gas interfaces in theory and application (Al-Shamery)

• I. Chorkendorff, J. W. Niemantsverdriet, “Concepts of Modern Catalysis and Kinetics”, Wiley-VCH.
• H.-D. Dörfler, „Grenzflächen und kolloiddisperse Systeme“, Springer, Berlin.

VL Integrated Chemical Systems (Wittstock)

• R.J. Forster, T.E. Keyes, J.G. Vos, “Interfacial Supramolecular Assemblies”
• A.J. Bard, L.R. Faulkner, “Electrochemical Methods
   

 VL Modern Spectroscopy for Particle and Interface Analytics (Dosche)

• Demtröder, “Laserspektroskopie“, Springer.
• Lakowicz, “Principles of Fluorescence Spectroscopy”, Springer
   

VL Physikalische Chemie von ungewöhnlichen Reaktionsmedien (Brand)

• J. N. Israelachvili, „Intermolecular and surface forces“, Academic Press, Amsterdam.
• S. Hyde, S. Andersson, K. Larsson, Z. Blum, T. Landh, S. Lidin, B. W. Ninham, “The language of shape. The role of curvature in condensed matter: Physics, chemistry and biology”, Elsevier, Amsterdam.

• 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