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SFB 1415: Chemie der synthetischen zweidimensionalen Materialien
Fachliche Zuordnung
Chemie
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Physik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Physik
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417590517
Zweidimensionale Materialien (2DM) entwickelten sich im letzten Jahrzehnt zu einem populären Themengebiet und offerieren ein großes Anwendungspotential, z. B. in der Elektronik. 2DM sind niederdimensionale Materialien von ein- bis wenigen Schichten (≤10 Schichten) mit hoher struktureller Präzision auf atomarer/molekularer Ebene. Sie zeichnen sich durch nanoskalige Dicke in einer Dimension und "unendlicher" Größe in den anderen beiden Dimensionen aus. Zudem weisen geschichtete 2DM eine starke innere aber eine schwache äußere Bindung auf. Eine der größten Herausforderungen ist die Synthese von 2DM mit hoher Strukturkontrolle auf atomarer/molekularer Ebene. Dieser Sonderforschungsbereich (SFB) zielt auf die kontrollierte „Bottom-up“-Synthese neuer synthetischer 2DM mit hoher struktureller Definition, wobei zwei Synthesewege priorisiert werden: 1) Synthese von kristallinen, geschichteten 2DM, gefolgt von deren Exfolierung zu dünnen Nanoblättchen; 2) direkte Synthese von ein-/mehrschichtigen 2DM mittels lösungsbasierten Aufbaus aus molekularen Vorläufern, oberflächen- und grenzflächenunterstützten Synthesen. Die zweite Strategie beinhaltet Atomlagenabscheidung und Oberflächensynthese. Die zu entwickelnden organischen und anorganischen 2DM sowie deren Hybridstrukturen umfasst organische 2D Polymere (2DP), 2D kovalente organische Gerüste (COFs), 2D metallorganische Gerüste (MOFs, MOFene), anorganische 2D topologische Isolatoren (TIs), 2D Übergangsmetalldichalkogenide (TMDCs), 2D Nanoplättchen (NPLs), 2D geschichtete organische Metallhalogenide (OMHs) sowie 2D van der Waals Heterostrukturen (vdWHs). Ferner fokussieren wir uns auf in-situ und ex-situ spektroskopische, mikroskopische und diffraktive Charakterisierung, um Morphologie, Zusammensetzung, Struktur, Kristallinität, Defekte und Korngrenzen zu analysieren und die Reaktionsmechanismen der 2DM zu überwachen, und deren Oberflächen-/Kantenfunktionalisierung und physikalisch-chemische Eigenschaften zu untersuchen. Der dritte Schwerpunkt ist die theoretische Überprüfung der chemischen und physikalischen Phänomene von 2DM mittels theoretischer Methoden und Modelle sowie die Vorhersage der Entstehung von 2DM und ihrer physikalischen-chemischen Eigenschaften. Der theoretische Beitrag wird Verständnis für Struktur, molekulare Anordnung und Interaktion in Lösung oder an der Oberfläche (oder Grenzfläche), Wachstumsmechanismen und dem Einfluss von Gittertopologien, Defekten und Dehnungseffekten auf die optischen, elektronischen, mechanischen, katalytischen und Transporteigenschaften von 2DM vermitteln. Insofern werden drei Forschungsbereiche etabliert, welche die A) Materialsynthese, B) Struktur- & Eigenschaftscharakterisierung und C) Theorie verbinden. Neben den Forschungsprojekten bietet das Integrierte Graduiertenkolleg 2D Materialien Doktoranden eine zusätzliche Aus- und Weiterbildung in interdisziplinären Kompetenzen, um ihre Qualifikationen weiterzuentwickeln und sie beim Karriereaufbau zu unterstützen.
DFG-Verfahren
Sonderforschungsbereiche
Laufende Projekte
- A01 - Konjugierte 2D Polymergerüste: Robuste Bindungen und neuartige Polykondensationsreaktionen (Teilprojektleiter Feng, Xinliang )
- A02 - Gasadsorptionseigenschaften von delaminierten, kovalenten organischen 2D Gerüsten (Teilprojektleiter Schneemann, Andreas )
- A03 - „Soft-Template“-unterstützte „On-Water“-Oberflächensynthese von 2D Polymeren (Teilprojektleiter Feng, Xinliang )
- A04 - Die Chemie der metallorganischen 2D Gerüstmonolagen (MOFene) (Teilprojektleiter Kaskel, Stefan )
- A05 - Chemischer Zugang zu topologischen Isolatoren mittels Delaminierung (Teilprojektleiter Ruck, Michael )
- A06 - Ferekristalle: Nichtepitaktisches Schichtwachstum von 2D Materialien durch Atomlagenabscheidung (Teilprojektleiter Nielsch, Kornelius )
- A07 - 2D Nanoplättchen als Bausteine für geordnete Konstruktionen (Teilprojektleiter Eychmüller, Alexander )
- A08 - 2D organische Metallhalogenidmaterialien (Teilprojektleiterin Voit, Ph.D., Brigitte )
- A09 - Die Chemie der van der Waals-Heterostrukturen auf der Basis konjugierter 2D metallorganische Strukturmonolagen (MOFene) (Teilprojektleiter Dong, Ph.D., Renhao )
- B01 - Festkörper- und In-Situ NMR-Untersuchungen von 2D Materialien (Teilprojektleiter Brunner, Eike )
- B02 - Röntgenbeugungsstudien an 2D Materialien (Teilprojektleiter Geck, Jochen )
- B03 - Transmissionselektronenmikroskopische Bildgebung von Elektronenstrahlen-empfindlichen 2D Materialien mit atomarer Auflösung (Teilprojektleiterin Kaiser, Ute )
- B04 - Entdeckung der Atomstruktur und der potentiellen Landschaft sowie der elektronischen Eigenschaften von 2D Materialien mittels Elektronenholographie und Elektronenspektroskopie (Teilprojektleiter Lubk, Axel )
- B05 - LT-STM Untersuchungen von atomar präzisen, monolagigen 2D Strukturen basierend auf konjugierten Polymergerüsten (Teilprojektleiterin Moresco, Francesca )
- B06 - Fingerabdruckerfassung von 2D Hybridmaterialien im lokalen Maßstab (Teilprojektleiter Eng, Lukas M. )
- B07 - Falten- und Dehnungsmesstechnik von 2D Materialien (Teilprojektleiter Fery, Andreas )
- B08 - In-Situ Oberflächenverstärkte Schwingungsspektroelektrochemie von 2D Strukturen (Teilprojektleiterin Weidinger, Inez )
- C01 - Defekte und Verunreinigungen in 2D Chalkogeniden (Teilprojektleiter Krasheninnikov, Arkady )
- C02 - Auswirkung mechanischer Beanspruchung auf die Struktur und Eigenschaften von 2D Materialien und deren Heterostrukturen (Teilprojektleiter Brumme, Thomas )
- C03 - Optoelektronische Eigenschaften von 2D Perowskiten und anderen anorganischen-organischen Hybridmaterialien (Teilprojektleiterin Kuc, Agnieszka )
- C04 - Das Verstehen und Vorhersagen von der Entstehung Synthetischer 2D Materialien: Von Molekülen zu Materialmorphologien (Teilprojektleiter Cuniberti, Gianaurelio )
- C05 - Optische Eigenschaften von 2D mono- und zweilagigen, kovalenten organischen Strukturen (Teilprojektleiter Ortmann, Frank )
- C06 - Gitter-induzierte Eigenschaften von 2D Strukturen (Teilprojektleiter Heine, Thomas )
- MGK - Integriertes Graduiertenkolleg 2D Materialien (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Brumme, Thomas ; Weidinger, Inez )
- Z - Zentrale Administrative Aufgaben des Sonderforschungsbereichs (Teilprojektleiter Feng, Xinliang )
Antragstellende Institution
Technische Universität Dresden
Beteiligte Hochschule
Universität Ulm
Beteiligte Institution
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR); Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) e.V.; Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. (IPF)
Sprecher
Professor Dr. Xinliang Feng