Chemie von Graphen-Nanobändern

• Antragsteller: Professor Dr. Siegfried Eigler
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249559513

Es ist uns erstmals möglich Graphenoxid (GO) so herzustellen, dass es zu Graphen mit minimaler Defektdichte führt. Nun sollen die Eigenschaften des Graphens überproportional gesteigert werden, indem nur wenige weitere Defekte vermieden werden. Systematische Untersuchungen zur Graphenqualität und Struktur von GO in Abhängigkeit des verwendeten Graphits, die Morphologie, die bereits vorhandene Defektdichte, sowie Menge an Oxidationsmittel und ganz besonders der Temperatur sollen untersucht werden.Die Reduktion mit verschiedenen Reduktionsmethoden und deren Einfluss auf die Defektdichte kann nun erstmals aussagekräftig untersucht werden und soll zu einer Rangliste von Reduktionsmitteln für GO führen. Ein weiterer Fokus liegt auf der Analyse verbliebener Defekte, sowie der Reinheit der Oberflächen. Das entstehende Material dient dem Aufbau elektrisch leitfähiger transparenter Schichten.Mithilfe von Feldeffekttransistoren sollen die Eigenschaften des Graphens moduliert werden, um eine Bandlücke im Graphen zu öffnen. Hierbei sollen nicht-kovalente Ansätze verfolgt werden.Die zersetzungsfreie chemische Funktionalisierung von GO ist essentiell für den Aufbau leistungsstarker Graphenarchitekturen. Defekte müssen vermieden werden, um die Eigenschaften von Graphen nutzen zu können. Dank unseres neuen verbesserten Graphenoxids ist es erstmals möglich chemische Reaktionen und deren Auswirkungen auf die resultierende Graphenqualität zu untersuchen. Aussagen über die Stabilität des Kohlenstoffgerüsts z.B. im saueren oder basischen Medium sollen getroffen werdenDadurch können Reaktionsbedingungen gefunden werden, die eine weitere Funktionalisierung von GO ermöglichen.Das neulich von uns hergestellte azidfunktionalisierte GO ist bisher das einzige Beispiel für eine zer¬setzungsfreie Funktionalisierung von GO. Deshalb soll die Reaktivität von GO tiefgehend untersucht werden, unter anderem gegenüber Halogeniden und Pseudohalogeniden, um eine breite Folgechemie zu ermöglichen.Darüber hinaus wird es erstmal möglich sein mit Hilfe von Festkörper-NMR-Untersuchungen an 15N-markiertem Azido-GO neue Einblicke in die chemische Struktur von GO mit unterschiedlicher Defektdichte zu erlangen. Ein weiteres Ziel wird es sein den Funktionalisierungsgrad von GO mit Azid zu erhöhen. Hierzu werden Methoden entwickelt, um GO zu aktivieren.Eine besondere Rolle werden anschließend Reaktionen an Azido-GO spielen. Ziel ist es die Reduktion mit Folgereaktionen, wie click-Reaktionen unter milden Bedingungen an diesem Mater¬ial erstmals zu studieren. Diese Materialien ermöglichen eine breite Folgechemie und sollen in ersten Versuchen für Kompositmaterialien getestet werden.Ein besonderes Ziel in der letzten Phase des Projekts wird es sein, GO für die Energiespeicherung zu nutzen. Solche Systeme besitzen ein großes Potenzial im Hinblick auf mobile Anwendungen, sowie Elektromobilität.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen