Kontrollierte Synthese neuartiger funktionalisierter Graphenderivate und Hybridstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Siegfried Eigler
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392444269

Das Element Kohlenstoff ist einzigartig und ermöglicht das Leben auf der Erde. Viele Schlüsseltechnologien, wie Medikamententransporter oder elektronische Anwendungen beruhen auf Kohlenstoff und ermöglichen unsere moderne Zivilisation. Graphen besitzt unübertroffene elektronische Eigenschaften und übertrifft die Eigenschaften leitfähiger Polymere. Hinzu kommt die Modifizierbarkeit der Kohlenstoffebene von Graphen, wodurch Funktionen eingeführt werden können. Wir haben die kontrollierte Chemie von oxo-funktionalisiertem Graphen eingeführt, wodurch eine hohe Qualität von Graphen zugänglich wird, das aus einer wasserlöslichen Vorstufe erhalten wird. Mit diesem Projekt wollen wir die Methoden zur Funktionalisierung von Graphen vorantreiben und zielen auf die Synthese von Graphenderivaten mit nur einer Funktionalität ab, um die Heterogenität der Produkte zu reduzieren, was zu einem tieferen Verständnis der Eigenschaften führen wird. Die C-C Bindungsbildung mit der Graphenoberfläche wird die Kontrolle über die Funktionalität und Löslichkeit der Produkte erstmals ermöglichen. Ist diese Reaktion erst einmal etabliert, so ist die Basis für die Herstellung selektiver Sensoren gelegt. Außerdem sollen mechanistische Studien die Quelle der Sauerstofffunktionen ermitteln. Diese Information kann dazu führen Strukturdefekte bei der Synthese zu vermeiden oder zu kontrollieren. Außerdem werden wir geladene pi-Systeme mit variabler Gestalt synthetisieren, um die Wechselwirkung der Moleküle mit Graphen, bzw. oxo-funktionalisiertem Graphen, zu untersuchen. Untersuchungen zu den photophysikalischen und elektronischen Eigenschaften werden zeigen, inwieweit diese Systeme dazu beitragen können selektive Sensoren, Solarzellen oder transparente und leitfähige Schichten zu entwickeln. Die Untersuchung der molekularen Wechselwirkungen mit der Oberfläche einzelner Graphenflocken und die Änderung der elektronischen Eigenschaften werden mittels Ramanspektroskopie ermittelt und in elektronischen Bauteilen gemessen. Hierdurch werden Dotierungseffekte quantifizierbar. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen dann zum Verständnis mehrlagige Systeme bei. Zur Herstellung mehrlagiger Systeme werden Strategien des Selbstbaus verwendet. Folglich werden Architekturen Schicht für Schicht aus Graphenderivaten und molekularen Schichten hergestellt. Es sollen so erstmals neuartige Graphitinterkalationsverbindungen mit spezifischen Funktionen erhalten werden. So können Protonenübertragungen die elektronischen Eigenschaften von Graphen im Schichtsystem beeinflussen. Die geänderten elektronischen Eigenschaften lassen sich dann mit einem pH-Wert korrelieren. Diese Studien können zu pH-Sensoren auf der nm-Skala führen. Die in diesem Projekt durchgeführte Grundlagenforschung wird das Forschungsfeld organischer Elektronik vorangetrieben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen