Multifunktionale Polymer-Netzwerke durch Kovalente Organische Käfigstrukturen als Knotenpunkte

• Antragsteller: Dr. Niklas Grabicki
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530500730

Im Rahmen des Forschungsprojektes, wird die Entwicklung neuer quervernetzter Polymere angestrebt, welche zu ihren maßgeschneiderten Materialeigenschaften mit zusätzlicher Funktionalität ausgestattet werden können. Um dies zu ermöglichen wird eine ganze neue Art der Quervernetzung erprobt. Anstatt Polymerketten ausschließlich mit chemisch reaktiven Gruppen auszustatten, werden spezielle geometrische Strukturen an die Enden der Polymerketten eingebaut. Diese molekularen Endgruppen können nach den Prinzipien der dynamisch-kovalenten Chemie zu diversen molekularen Käfig-Strukturen reagieren. Die entstehenden Polymernetzwerke haben somit Käfig-Strukturen als Verknüpfungen. Die Herstellung katalytisch aktiver Polymer-Materialien basierend auf Metall-Organischen Käfigverbindungen (Metall=Palladium) wurde bereits erfolgreich durch die Arbeitsgruppe von Prof. Johnson und Mitarbeitern erprobt. Der von mir gewählte Ansatz erlaubt den Verzicht von Metallen und die Einführung zwei verschiedener Kavitäten im gleichen Material. Diese Art der Quervernetzung erlaubt es Materialeigenschaften wie zum Beispiel die Viskoelastizität über ein breiteres Spektrum maßzuschneidern, als dies sonst üblich ist. Grund dafür ist die hohe Anzahl an Polymerketten, die an einem Knotenpunkt miteinander verbunden werden. Durch geschickte Wahl der benutzen Molekülstrukturen an den Enden der Polymerketten muss es möglich sein mindestens zwei verschiedene Käfig-Strukturen im gleichen Polymer-Netzwerk aufzubauen. Ist dies erfolgreich lässt sich die Zahl nicht-elastischer Netzwerk-Defekte drastisch reduzieren, was es erlauben würde die Materialeigenschaften deutlich näher an die theoretischen Grenzen zu bringen. In einem letzten Schritt werden die unterschiedlichen aber definierten chemischen Umgebungen im inneren der Käfig-Verknüpfungen mit zusätzlicher Funktionalität ausgestattet. Dabei sollte es möglich sein, Funktionalitäten in die Polymer-Netzwerke zu integrieren, die ohne die Lokalisierung im Inneren der Käfig-Verknüpfungen nicht miteinander kompatibel wären.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Jeremiah A. Johnson