Dieses Projekt zielt darauf ab, die grundlegenden Prozesse zu verstehen, die die Elektronendynamik und -energetik von prototypischen Photoelektrodenoberflächen, die damit verbundenen internen Grenzflächen an Halbleiteroberflächen und verwandte Modellsysteme im Hinblick auf die photoelektrochemische Wasserstofferzeugung steuern. Die detaillierten Mechanismen der grenzflächenspezifischen Elektronentransferprozesse und deren Dynamik sind noch unzureichend verstanden. Wir schlagen vor, die elektronischen und chemischen Oberflächeneigenschaften von III-V-Verbindungshalbleiter-Absorbersystemen gezielt zu modifizieren, um Multi-Elektronen-Prozesse zu fördern. Zeitaufgelöste Zwei-Photonen-Photoemission (tr-2PPE) für eine explizit oberflächensensitive Analyse wird mit numerischen Simulationen auf der Grundlage der Dichtefunktionaltheorie (DFT) kombiniert, um ein grundlegendes Verständnis der wichtigsten Elektronentransfer- und Rekombinationsprozesse zu gewinnen. Tr-2PPE ist eine einzigartige Technik, die direkt die kinetische Energie und Dynamik von photoemittierten Elektronen untersucht und gleichzeitig auf die elektronische Struktur und zeitliche Besetzung oberflächennaher Zustände zugreift. III-V-Verbindungshalbleiter dienen als relevante Modellsysteme zur Untersuchung der Grenzflächendynamik im Hinblick auf ausgewählte Oberflächenmodifikationsverfahren. Möglichkeiten zur Modifizierung von III-V-Oberflächen umfassen epitaktisches Wachstum von Dünnfilmen, in-situ-Oberflächenumwandlung und Katalysatorabscheidung. Mit diesen Methoden können quasi-zweidimensionale Überzüge hergestellt werden, um die Korrosion zu verlangsamen und die photokatalytische Aktivität zu erhöhen. Die Modifikation mit solchen Oberflächenschichten ermöglicht die Abstimmung der Elektronentransferdynamik durch gezielte elektronische Strukturmodifikationen. Die Untersuchung verschiedener Arten von Oberflächenmodifikationen wird es uns ermöglichen, ein allgemeines Bild zu zeichnen, wie das Design von Grenzflächen den Elektronentransport zur katalytisch aktiven Oberfläche begünstigt. In der langfristigen Perspektive des Forschungskonsortiums wird dieses Projekt eine optimale Ladungstrennung und -übertragung für katalytische Prozesse mit mehreren Elektronen in den geplanten neuen Mehrschicht-Absorbersystemen ermöglichen.
