Anorganische 2D Nanomaterialien als potentielle Bausteine für supramolekulare Chemie

• Antragstellerin: Professorin Dr. Claudia Backes
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 286918789

Mit der Entdeckung dass einzelne Lagen von Graphit stabil als Graphen isoliert und charakterisiert werden können, erfuhren Schichtmaterialien im Allgemeinen eine Rennaissance. Neben Graphit exisitieren in der Natur noch weitere anorganische Schichtmaterialien wie Übergangsmetalldichalcogenide oder Gruppe III-VI Halbleiter. Als Prozess hat die Delaminierung dieser Materialien zu zwei-dimensionalen (2D) Lagen die Materialwissenschaft in den letzten Jahren revolutioniert. Dies ist vor allem darin begründet, dass die ausgedünnten Lagen meist herausragende und spannende physikalische Eigenschaften aufweisen, die sich maßgeblich vom Kristall unterscheiden und zum Ziel zahlreicher Studien wurden. Zudem werden somit Nanomaterialien mit extrem hoher Oberfläche erzeugt. Weiterhin wurde gezeigt, dass die Exfoliierung in bestimmten Lösungsmitteln oder durch Stabilisierung mittels Detergenzien erzielt werden kann, so dass eine Prozessierung aus Lösung möglich ist. Dadurch konnten viele dieser Materialien bereits als integrale Bausteine in Anwendungen wie Elektronik, Energiespeicherung oder Elektrokatalyse zugänglich gemacht werden. Allerdings ist bis heute die Chemie der 2D-Nanomaterialien weitestgehend unerforscht, besonders in Bezug auf die nasschemische Funktionalisierung um optische, elektronische und Oberflächeneigenschaften gezielt zu steuern. Dies wird jedoch ein wichtiger Bestandteil sein, um das volle Potential dieser Materialklassen ausschöpfen zu können.Dieser Antrag beschäftigt sich mit einer vielseitigen Funktionalisierung anorganischer lösungs-exfoliierten 2D Nanomaterialien mittels nichtkovalenter Wechselwirkungen mit einer Vielfalt von organischen Molekülen und Polymeren. Die optischen Eigenschaften der Nanomaterialien, die die chemische Umgebung exzellent widerspiegeln, sollen hierbei genutzt werden um schnell und zuverlässig eine Oberflächenmodifizierung durch Dotierung oder photo-induziertem Elektronentransfer nachzuweisen. Dieses Screening wird es ermöglichen, Ankergruppen für eine Funktionalisierung mit geladenen oder neutralen Molekülen zu identifizieren. Somit können die Eigenschaften einer bereits breiten Materialpallette weiter gesteuert werden. Gleichzeitig können die funktionalen Bausteine aus Lösung durch etablierte Techniken prozessiert werden, oder anorganische/organische Hybridsysteme durch supramolekulare Chemie hergestellt werden. Derartige Systeme sind von herausragendem Interesse für sowohl Grundlagenforschung als auch Anwendungen, besonders da synergetische Effekte verschiedener Substanzklassen ausgenutzt werden können.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Zeta Potential Messgerät
• Gerätegruppe: 1950 Partikelzählgeräte und -klassiergeräte (optisch, elektronisch, außer 35