Doktorand:in - Theory and Modelling of Electrical

Am Institute of Energy Technologies - Theorie und computergestützte Modellierung von Materialien in der Energietechnik (IET-3) leisten wir Beiträge zum grundlegenden Verständnis elektrochemischer Phänomene, zur Entwicklung und Charakterisierung maßgeschneiderter Materiallösungen sowie zur Erprobung und Optimierung neuer Energietechnologien. Zur Erreichung dieser Ziele setzen wir ein breites Spektrum an Methoden und Werkzeugen ein, von physikalisch-mathematischer Theorie und quantenmechanischen Simulationen hin zur Kontinuumsmodellierung. Unser Forschungsprogramm bietet vielfältige Anknüpfungspunkte für die Bewertung von Modellen und Simulationen durch den Vergleich mit Experimenten, den Wissenstransfer zu Materialdesign und -entwicklung sowie Tests und Analysen von der Material
- bis hin zur Geräteebene. Ergänzend dazu entwickeln wir eine auf künstlicher Intelligenz basierende Plattform für Datenanalyse sowie Materialdesign und -entwicklung.

**Ihre Aufgaben**:
Ein defossilisiertes globales Energieökosystem hängt von einer effizienten Umwandlung zwischen erneuerbarer elektrischer Energie und in Molekülen gespeicherter chemischer Energie ab. Diese Umwandlung erfordert wertvolle Katalysatoren, um relevante Reaktionen mit praktikablen Raten durchzuführen. Viele Katalysatoren werden in Form von Nanopartikeln (NP) eingesetzt, die auf Trägermaterialien dispergiert sind. Alle relevanten Reaktionen finden in einem nanoskaligen Bereich an der Schnittstelle zwischen dem festen Katalysator und einer Elektrolytlösung statt, d. h. einer elektrischen Doppelschicht (EDL).

Unser aktuelles Wissen über EDL beschränkt sich im Wesentlichen auf planare Elektroden mit einer einzigen EDL, während unterstützte NP-Katalysatoren (SNPC) radikal andere EDL-Eigenschaften aufweisen, die eine Überlappung einzelner EDLs um die NPs und das angrenzende Trägermaterial aufweisen. Diese Wissenslücke in Bezug auf entscheidende lokale Reaktionsbedingungen innerhalb der EDL verhindert eine effektive Übertragung von an planaren Elektroden gewonnenem Wissen auf Leistungsverbesserungen von SNPC.

Ihr Doktorandenprojekt zielt darauf ab, die mesoskopischen (1-100 nm) überlappenden EDLs in SNPC zu verstehen. Insbesondere werden Sie sich mit der grundlegenden Frage befassen: Wie werden die überlappenden EDLs unter realistischen Bedingungen gebildet? Dies wird mithilfe eines eigenen theoretischen Ansatzes für mesoskalige EDLs untersucht, wobei sowohl quantenmechanische Elektronen als auch klassische Elektrolytpartikel gleichberechtigt behandelt werden.

Ihre Aufgaben im Detail:
Sie:

- Wenden die in unserer Gruppe entwickelte Dichtepotentialfunktionaltheorie (DPFT) an, um Schnittstellen im Ag-gestützten Au-Nanopartikelsystem (NP) zu untersuchen.
- Entspannen die Struktur, wenn der Au-NP und der Ag-Träger im Vakuum in Kontakt gebracht werden.
- Analysieren die Umverteilung der Elektronendichte, nachdem der Au-NP und der Ag-Träger aufeinandertreffen.
- Berechnen die Austrittsarbeit von Ag-gestützten Au-NP-Systemen bei einer Reihe von Größen und Abdeckungen von Au-NPs.
- Untersuchen die überlappenden EDLs nach dem Eintauchen von Ag-gestützten Au-NPs in wässrige MClO4-Lösungen (M=Li, Na, K, Cs).
- Berechnen die Doppelschichtkapazitätsprofile für einen Bereich von Größen und Abdeckungen von Au-NPs sowie eine Reihe von Ionenkonzentrationen.
- Analysieren die heterogenen Verteilungen von Ionenkonzentration und elektrostatischem Potential.

**Ihr Profil**:

- Abgeschlossenes Hochschulstudium (Master) in Physik, Chemie, Materialwissenschaften oder vergleichbarem Bereich
- Kenntnisse und Kompetenzen in physikalischer und chemischer Theorie und molekularen Simulationsmethoden
- Erfahrung in Computerprogrammierung
- Grundlegende Kenntnisse in Elektrochemie und elektrochemischen Energietechnologien
- Intrinsische Motivation und Selbstständigkeit
- Selbstorganisierte und selbständige Arbeitsweise
- Sehr gute Kooperations
- und Kommunikationsfähigkeiten
- Sehr gute Kenntnisse der englischen Sprache in Wort und Schrift
Deutschkenntnisse sind ein Bonus
- **Unser Angebot**:
Wir arbeiten an hochaktuellen gesellschaftlich relevanten Themen und bieten Ihnen die Möglichkeit, den Wandel aktiv mitzugestalten Wir unterstützen Sie in Ihrer Arbeit durch:

- Unterstützung durch hochqualifizierte Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen am IET-3
- Vielfältige Möglichkeiten professionelle Fähigkeiten zu entwickeln (u.a. im Rahmen der HITEC Graduate School)
- Netzwerk mit global führenden Partnern im akademischen und industriellen Bereich
- Exzellente Perspektiven und Karrieremöglichkeiten in einem dynamischen Technologiesektor
- Einen großen Forschungscampus im Grünen, der beste Möglichkeiten zur Vernetzung mit Kolleginnen und Kollegen sowie zum sportlichen Ausgleich neben der Arbeit bietet
Weiterentwicklung Ihrer persönlichen Stärken, z.B. durch ein umfangreiches Trainingsangebot; ein strukturiertes Programm mit Weiterbil