SPP 1181:  Nanoscaled Inorganic Materials by Molecular Design: New Materials for Advanced Technologies

• Subject Area: Materials Science and Engineering
• Term: from 2005 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 12550070

• Final Report Year: 2013

Final Report Abstract

Das Schwerpunktprogramm SPP 1181 NanoMat hat sich mit der Entwicklung von Konzepten zur Herstellung neuartiger multifunktionaler anorganischer Materialien mit maßgeschneidertem nanoskaligen Aufbau beschäftigt. Als zu bearbeitende Materialklassen wurden insbesondere anorganisch-organische Hybridmaterialien sowie amorphe und polykristalline Keramiken im Vordergrund des Interesses gestellt, die über molekulare Vernetzungsrouten in unterschiedlichen Kondensationszuständen hergestellt wurden. Das übergeordnete Ziel des Schwerpunktprogrammes war daher, eine „Bottom-Up“-Strategie im Hinblick auf die Synthese und Erforschung neuartiger multifunktionaler anorganischer Materialien systematisch zu studieren. Daraus sollten technologische Grundlagen für die Entwicklung dieser Materialien und deren zukünftigen potentiellen Einsatz in wichtigen Bereichen der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts erarbeitet werden. In den einzelnen Forschungsbeiträgen wurden signifikante Fortschritte in der Klärung der Zusammenhänge zwischen der molekularen Struktur der Precursoren und der Nano/Mikrostruktur sowie den Eigenschaften der daraus resultierenden Materialien erzielt. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse werden dazu beitragen, die molekularen Synthesestrategien zur Herstellung anorganisch-basierter Hochleistungswerkstoffe weiterzuentwickeln, um auf diese Weise die Voraussetzungen zur technologischen Umsetzung der Grundlagenergebnisse in die Entwicklung neuer Produkte mit maßgeschneiderten funktionalen und strukturellen Eigenschaften zu schaffen und voranzutreiben. Insbesondere wurden folgende Forschungsschwerpunkte bearbeitet, wie dies im Detail dem o.g. Sonderband der Chemical Society Reviews“ entnommen werden kann, der zum großen Teil ausschließlich Beiträgen aus dem SPP 1181 gewidmet ist: Im Vordergrund des Interesses standen beispielsweise nanostrukturierte Energiematerialien für Brennstoffzellen, Li-Ionen-Batterien und photovoltaische Systeme. Weiterhin wurden hochtemperaturbeständige Nanocarbide und -nitride mit integrierten funktionalen (sensorisch, elektrisch und thermisch leitend, piezoresistiv, etc.) und mechanischen (Härte, Kriechresistenz, etc.) Eigenschaften für Anwendungen im Bereich der „Environmental oder Thermal Barrier Coatings“ z. B. für Applikationen im Bereich der Energiewandlung untersucht. Ein anderer Schwerpunkt lag auf dem Gebiet nanoporöser Keramiken für die Katalyse sowie für die Bio- und Nahrungsmitteltechnologie. Komplexe topologische Nanostrukturen für die Medizin- und Biotechnologie standen ebenfalls im Fokus der Untersuchungen.

Publications

• “Novel Organic/Inorganic Hybrid Materials by Covalent Anchoring of Phenothiazines on MCM-41“, Chem. Mater. 2008, 20, 4986-4992
  Z. Zhou, A. W. Franz, M. Hartmann, A. Seifert, T. J. J. Müller, W. R. Thiel
  
• ”New proton conducting hybrid membranes for HT-PEMFC systems based on polysiloxanes and SO3H-functionalized mesoporous Si-MCM-41 particles”, J. Membr. Sci. 2008, 316, 164
  M. Wilhelm, M. Jeske, R. Marschall, W. Cavalcanti, P. Tölle, C. Köhler, D. Koch, T. Frauenheim, G. Grathwohl, J. Caro, M. Wark
  
• „Chemical Modification of Single-Walled Carbon Nanotubes for the Reinforcement of Precursor-Derived Ceramics“, Chem. Mater. 2008, 20, 5593-5599
  Y. Li, L. Fernandez-Recio, P. Gerstel, V. Srot, P. A. van Aken, G. Kaiser, M. Burghard, J. Bill
  
• „Development of Dense Filler-Free Polymer- Derived SiOC Ceramics by Field-Assisted Sintering“, J. Am. Ceram. Soc. 2008, 91, 3803-3805
  M. Esfehanian, R. Oberacker, T. Fett, M. J. Hoffmann
  
• TiO2 anatase nanoparticle networks: synthesis – structure – electrochemical performance; Small, 2011, 7, 1690-1696
  Kubiak, P.; Fröschl, T.; Hüsing, N.; Hörmann, U.; Kaiser, U.; Schiller, R.; Weiss, C. K.; Landfester, K.; Wohlfahrt- Mehrens, M.
  
• “Proton conductivity of SO3H-functionalized benzene-PMO“, Small 2011, 7, 1086-1097
  M. Sharifi, C. Köhler, P. Tölle, T. Frauenheim, M. Wark
  
• „Hierarchical micro- and mesoporous carbide-derived carbon as a high-performance electrode material in supercapacitors“, Small 2011, 7, 1108-1117
  M. Rose, Y. Korenblit, E. Kockrick, L. Borchardt, M. Oschatz, S. Kaskel, G. Yushin
  
• „Nanostructuring of titania thin films by combination of micro-fluidics and block copolymer based sol-gel templating“, Small 2011, 7, 884-891
  M. Rawolle, M. A. Ruderer, S. M. Prams, Q. Zhong, D. Magerl, J. Perlich, S. V. Roth, P. Lellig, J. S. Gutmann, P. Müller-Buschbaum
  
• „Strong influence of polymer architecture on the microstructural evolution of hafnium-alkoxide-modified silazanes upon ceramization“, Small 2011, 7, 970-978
  B. Papendorf, K. Nonnenmacher, E. Ionescu, H.-J. Kleebe, R. Riedel
  
• „Assembly of one dimensional inorganic nanostructures into functional 2D and 3D architectures. Synthesis, arrangement and functionality“, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5285-5312
  R. K. Joshi, J. J. Schneider
  
• „Bi-phasic nanostructures for functional applications“, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5117-5130
  M. Veith, J. Lee, M. M. Miró, C. K. Akkan, C. Dufloux, O. C. Aktas
  
• „Developments in nanostructured LiMPO4 (M = Fe, Co, Ni, Mn) composites based on three dimensional carbon architecture“, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5068-5080
  L. Dimesso, C. Förster, W. Jaegermann, J. P. Khanderi, H. Tempel, A. Popp, J. Engstler, J. J. Schneider, A. Sarapulova, D. Mikhailova, L. A. Schmitt, S. Oswald and H. Ehrenberg
  
• „Fabrication and characterization of nanostructured titania films with integrated function from inorganic–organic hybrid materials“, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5131-5142
  M. Rawolle, M. A. Niedermeier, G. Kaune, J. Perlich, P. Lellig, M. Memesa, Y.-J. Cheng, J. S. Gutmann, P. Müller-Buschbaum
  
• „High surface area crystalline titanium dioxide: potential and limits in electrochemical energy storage and catalysis“, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5313-5360
  T. Fröschl, U. Hörmann, P. Kubiak, G. Kučerová, M. Pfanzelt, C. K. Weiss, R. J. Behm, N. Hüsing, U. Kaiser, K. Landfester, M. Wohlfahrt-Mehrens
  
• „Interface phenomena in (super)hard nitride nanocomposites: from coatings to bulk materials“, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5081-5101
  D. Rafaja, C. Wüstefeld, M. Motylenko, C. Schimpf, T. Barsukova, M. R. Schwarz, E. Kroke
  
• „Nanoscaled inorganic materials by molecular design“, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5029-5031
  R. Riedel
  
• „Polymer derived non-oxide ceramics modified with late transition metals“, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5102-5116
  M. Zaheer, T. Schmalz, G. Motz, R. Kempe
  
• „Preparation and application of cellular and nanoporous carbides“, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5053- 5067
  L. Borchardt, C. Hoffmann, M. Oschatz, L. Mammitzsch, U. Petasch, M. Herrmann, S. Kaskel
  
• „Proton transport in functionalised additives for PEM fuel cells: contributions from atomistic simulations“, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5143-5159
  P. Tölle, C. Köhler, R. Marschall, M. Sharifi, M. Wark, T. Frauenheim
  
• „Silicon-containing polymer-derived ceramic nanocomposites (PDC-NCs): preparative approaches and properties“, Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5032-5052
  E. Ionescu, H.-J. Kleebe, R. Riedel