Die Forschungsgruppe befasst sich mit der Untersuchung von Funktionsmaterialien, die insbesondere in den Bereichen Energiespeicherung oder Katalyse Anwendung finden.

Das Hauptziel besteht darin, ein tieferes Verständnis ihrer mesoskopischen Strukturen (im Bereich von ca. 10⁻⁹ bis 10⁻⁶ m) zu erlangen, die die makroskopischen Eigenschaften (z.B. katalytische Aktivität, Ionenleitfähigkeit usw.) der Materialien bestimmen. Diese Informationen sind entscheidend für deren maßgeschneiderte Weiterentwicklung.

Um dieses Ziel zu erreichen, wendet die Gutmann-Gruppe multinukleare Festkörper-NMR-Techniken an, um lokale Strukturen zu identifizieren. Sie entwickelt und wendet zudem die dynamische Kernpolarisation (Festkörper-DNP) an, um die Empfindlichkeit zu steigern und damit die Festkörper-NMR auf Materialien anwendbar zu machen, die nur kleine Oberflächen besitzen oder nur wenig empfindliche Kerne in geringer natürlicher Häufigkeit enthalten. Insbesondere die durch den DNP-Ansatz erzielte selektive Signalverstärkung wird als leistungsstarkes Werkzeug eingesetzt, um geringe Mengen funktioneller Gruppen in Gegenwart großer Mengen NMR-aktiver Kerne in Bulk-Materialien zu identifizieren.

Seit einiger Zeit untersucht die Gruppe natriumhaltige Energiespeichermaterialien, für die sie in-situ/operando Festkörper-NMR-Techniken entwickelt. In Zukunft wird dieses Forschungsgebiet auf die Entwicklung von in-situ/operando Techniken ausgebaut, die es ermöglichen, elektrokatalytische Reaktionen unter Betriebsbedingungen zu untersuchen.

Konkrete Fragestellungen

• Struktur von Molekülen auf Oberflächen anorganisch-organischer Hybridmaterialien
• Entwicklung von Methoden zur Strukturbestimmung von anorganisch-organischen Hybridmaterialien und heterogenen Katalysatoren
• Analyse von aktiven Zentren auf der Oberfläche heterogener Katalysatoren
• Untersuchung des  Zusammenhangs zwischen Struktur und Reaktivität heterogener Katalysatoren
• Untersuchung von Sondenmolekülen und Reaktionszwischenprodukten auf Oberflächen von geträgerten Metallnanopartikeln
• Untersuchung der Interkalation von Atomen/Ionen in Elektrodenmaterialien in Energiespeichersystemen
• Untersuchung von elektrokatalytischen Reaktionen

Methoden

• Multikern-Festkörper-NMR (¹H, ²H, ¹³C, ¹⁵N, ²³Na, ²⁹Si, ²⁷Al, ³¹P, ⁵¹V usw.)
• 1D- und 2D-Festkörper-NMR-Techniken (CP-MAS, HETCOR, REDOR, DARR usw.)
• Tieftemperatur-MAS
• DNP-verstärkte Festkörper-NMR (¹⁵N, ¹³C, ¹⁹F, ²⁹Si usw.)
• Selektiv verstärkte DNP
• Enwicklung von  in-situ/operando NMR-Techniken
• ¹H-Gasphasen-NMR
• Para Hydrogen Induced Polarization (PHIP) NMR