Gegenstromchromatographie von Kohlenstoffnanoröhren

• Antragsteller: Dr. Benjamin Flavel
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Analytische Chemie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 457038539

In den letzten 20 Jahren wurden Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) aufgrund ihrer vielfältigen optischen und elektronischen Eigenschaften als Werkstoff für die Zukunft angepriesen. Es ist möglich, einzelne, doppelte oder mehrfache Kohlenstoffwände zu haben, wobei jede Wand entweder halbleitend oder metallisch sein kann, strukturspezifische optische Übergänge besitzt, außergewöhnliche Eigenschaften wie hohe Beweglichkeit und Umgebungsstabilität aufweist und in verschiedenen Längen erhältlich ist. Die anfängliche Erregung für CNTs wurde jedoch schnell gedämpft, da sich herausstellte, dass es nicht möglich war, CNTs mit willkürlich definierter Struktur (Chiralität) in den von der Industrie benötigten Mengen selektiv zu synthetisieren. Die Nachsynthesetrennung bot eine Lösung für dieses Problem, doch die Kompliziertheit dieser Techniken in Verbindung mit geringen Mengen, geringen Ausbeuten, schlechter Reproduzierbarkeit, der Verwendung teurer Chemikalien und einer einfachen Strukturselektivität nur für halbleitende CNTs mit kleinem Durchmesser behindert weiterhin das Auftreten von CNTs in Endbenutzeranwendungen. Dieses Projekt bietet eine Lösung für diese langjährigen Probleme mit 3 Arbeitspaketen (WPs), die auf die Transformation von strukturierten (Chiralität) und enantiomersortierten CNTs abzielen (die meisten Strukturen kommen sowohl in linkshändigen als auch in rechtshändigen Varianten vor), unabhängig von ihrem Durchmesser , Wandnummer oder elektronischer Typ, in ein Material, das billig, großflächig und in großem Maßstab leicht zuzubereiten ist. In WP1 wird dies mit einem Verfahren erreicht, das als Gegenstromchromatographie (Counter Current Chromatography, CCC) bekannt ist. Mit diesem Verfahren können CNTs einfach in ein System injiziert und die CNTs innerhalb von Minuten sortiert werden. In WP2 wird CCC ein schnelles Screening der Tensidzustände ermöglichen, um die CNT-Trennung auf CNT-Spezies mit großem Durchmesser, sowohl auf halbleitende als auch auf metallische, sowie auf doppelwandige und mehrwandige CNTs auszudehnen. WP3 wird neue kostengünstige Alternativen auf Wasserbasis zum PEG / Dextran-System finden und die Rückgewinnung und das Recycling der zweiphasigen Komponenten ermöglichen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Trennung von CNTs nicht nur skalierbar, sondern auch kostengünstig, zeiteffektiv und industriell attraktiv ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien, USA
• Großgeräte: Gegenstromchromatographie-System
• Gerätegruppe: 1350 Flüssigkeits-Chromatographen (außer Aminosäureanalysatoren 317), Ionenaustauscher
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Stephanie Reich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Sofie Cambré; Dr. Jeffrey Fagan; Professor Dr. Wim Wenseleers; Dr. Ming Zheng