ERA-Net: Verbundprojekt: Computermodellierung von nanostrukturierten Photokatalysatoren fuer effiziente Wasserstoffproduktion aus Wasser; Teilprojekt: Universität Duisburg-Essen (WATERSPLIT)

Bei der Sonnenenergienutzung spielt die effiziente Wasserstoffproduktion mit Hilfe von Photokatalysatoren auf Halbleiterbasis eine wichtige Rolle. Im Rahmen ihrer Erforschung besteht das Ziel des vorliegenden Vorhabens in der Ausarbeitung eines zuverlässigen fundamentalen theoretischen Ansatzes zur Vorhersage der Bandstruktur dotierter oxidischer Photokatalysatoren sowie der lichtangeregten Elektronentransferprozesse mittels normaler und zeitabhängiger quantenchemischer Dichtefunktionaltheorie. Modellsysteme sind dabei TiO2 und SrTiO3-Nanoröhren und Nanodrähte. An der Universität Duisburg-Essen erfolgt dabei die Modellentwicklung und Workflowimplentierung zur Vorbereitung von extensiven Simulationsrechnungen. Dazu wird zunächst durch Testrechnungen ein geeignetes Modellsystem definiert (chemische Zusammensetzung, Balance von Größe und Genauigkeit der quantenchemischen Rechnungen). Mit diesem werden dann Rechnungen zu den Zustandsdichten von Nanoröhren durchgeführt und wird ein geeignetes Schema für Routinerechnungen zur Untersuchung anderer chemischer Systeme etabliert. Darauf aufbauend werden erste ab-initio-Simulationen von geeigneten dotierten Nanoröhren in Kontakt mit Wasser sowohl im Grundzustand als auch nach optischer Anregung durchgeführt und wird wiederum ein entsprechendes Schema etabliert, das anschließend weiterentwickelt wird. Das Ergebnis besteht in einer Perspektive für die Vorhersage der Bandstruktur von eindimensionalen Nanostrukturen zur Wasserspaltung.