Seminarbericht

Das Hauptaugenmerk dieses virtuellen Seminars lag im Erkunden gemeinsamer Fragestellungen, physikalischer Phänomene und theoretischer Beschreibungen in den Gebieten der elektrochemischen und biophysikalischen Materialwissenschaften. Auf der Nanoskala oder darüber lassen sich spannende thematische Schnittstellen beider Gebiete ausmachen. Die Themen weiche Biomaterialien, Nanofluidik, Grenzflächenphänomene in der Elektrokatalyse, und stochastische und thermodynamische Aspekte wurden hierbei in den Fokus gerückt, und sowohl von experimenteller als auch theoretischer Seite beleuchtet. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer kamen aus Europa, Nord- und Südamerika, Israel und China und steuerten 22 Vorträge und 23 Poster bei.

In einer abschließenden Diskussion identifizierten die Teilnehmer folgende Punkte als Schlüsselthemen und -fragen sowohl des Seminars als auch des Forschungsfeldes insgesamt:

1) Es existiert ein ausgesprochener Bedarf an experimentellen Daten hinsichtlich der Ladungsregulation (charge regulation) an kolloidalen Teilchen und in Polyelektrolyten. Darüber hinaus ist die genaue Wechselwirkung zwischen Ladungsregulation und Transporteigenschaften von Nanokanälen nur ungenügend verstanden. 

2) Inwieweit das Entweichen des elektrischen Feldes (dielectric leakage) in die umliegenden Domänen (Wände und Porenöffnungen) den Ionentransport in Nanokanälen beeinflusst, ist eine offene Frage. Was genau bestimmt die Größe dieser globalen Elektroneutralitätsverletzung einer Nanodomäne?

3) In der Elektrokatalyse besteht ein Mangel an realistischen Grenzflächensimulationen mit konstanten Potentialen und präzisen Beschreibungen von Ladungs- und Dipoleffekten an geladenen Oberflächen. Zudem ist der Einfluss des magnetischen Feldes auf die elektrische Doppelschicht und elektrochemische Prozesse (magneto-electrochemistry) kaum verstanden.

4) Die Grenzen von Kontinuummodellen bei der Beschreibung von elektrischen Doppelschichten bleiben weiterhin nur vage definiert. Wie lassen sich molekulare Modelle und Kontinuummodelle koppeln? Auch hier besteht ein ausgesprochener Bedarf an experimentellen Daten, um die Vielzahl an gekoppelten Phänomenen zu entflechten. Dies gilt auch für polyelektrolytische Gele in ionischen Bädern. 

Wir danken der WE-Heraeus-Stiftung für die finanzielle Unterstützung und effiziente Organisation dieses Seminares.

Prof. Dr. Peter Berg, University of Alberta, Kanada
Prof. Dr. Michael Eikerling, FZ Jülich
Prof. Dr. Barbara Wagner, WIAS, Berlin