Synthetische Kohlenstoffallotrope

Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung - Gesamtprojekt


Details zum Projekt

Projektleiter/in:
Prof. Dr. Andreas Hirsch

Projektbeteiligte:
Dr. Christian Neiß

Beteiligte FAU-Organisationseinheiten:
Lehrstuhl für Organische Chemie II
Lehrstuhl für Theoretische Chemie
Sonderforschungsbereich 953/2 Synthetische Kohlenstoffallotrope

Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
Akronym: SFB 953
Projektstart: 01.01.2012


Abstract (fachliche Beschreibung):


Synthetische Kohlenstoffallotrope wie Fullerene, Kohlenstoffnanoröhren und Graphen bilden gegenwärtig eine der vielversprechendsten Materialklassen mit enormem Entwicklungspotenzial für zukünftige Hochtechnologieanwendungen. Aufgrund ihrer einzigartigen elektronischen, optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften wären mögliche Einsatzfelder: die Nano- und Optoelektronik, die Wasserstoffspeicherung, die Sensorik sowie die mechanische Verstärkung von Polymerkompositmaterialien. Aufgrund der zahllosen Möglichkeiten, sp-, sp2- und sp3-hybridisierte Kohlenstoffatome zu einem ausgedehnten Kohlenstoffgerüst zusammenzufügen, lässt sich die Existenz weiterer, bisher unentdeckter, aber schon theoretisch vorhergesagter Modifikationen postulieren. Vor der Nutzung der einzigartigen Möglichkeiten, die diese Stoffklassen bieten, müssen jedoch noch einige wesentliche Fragestellungen und Probleme untersucht werden. Dazu zählen insbesondere die Massenproduktion, die Trennung der Systeme, die Entwicklung von Syntheseprotokollen, das kontrollierte Doping mit Heteroelementen, die Solubilisierung und die chemische Funktionalisierung sowie der Aufbau hierarchischer Schichtstrukturen. Dies alles fordert eine zielgerichtete und interdisziplinäre Bündelung der Fachkompetenz der einzelnen Bereiche aus Chemie, Physik, Ingenieurwissenschaften und der Theorie sowie den Einsatz von entsprechenden High-End-Analytik-Tools. Die Universität Erlangen-Nürnberg verfügt bereits über die wahrscheinlich europaweit, wenn nicht sogar weltweit, größte wissenschaftliche Forschergemeinschaft, die sich dem Thema der Kohlenstoffallotrope widmet. Aus diesem Grund bietet Erlangen das perfekte Umfeld für den Sonderforschungsbereich. Er gliedert sich in drei Forschungsbereiche und zwei Zentralprojekte: Der Forschungsbereich A "Synthese und Funktionalisierung" bildet die Materialgrundlage des Sonderforschungsbereichs. Hier liegt der Hauptschwerpunkt auf der chemischen Funktionalisierung bestehender Systeme und der Entwicklung eines synthetischen Zugangs zu neuen Kohlenstoffmodifikationen. Daran schließt sich dann die systematische Untersuchung der physikalischen und materialtechnischen Eigenschaften sowie die Anwendungsimplementierung der entsprechenden Systeme an. Dieser analytische Bereich steht im Fokus der engen Zusammenarbeit des Forschungsbereichs B "Optische und strukturelle Eigenschaften" mit den beiden wissenschaftlichen Zentralprojekten, die hier mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie sowie Tandem-Massenspektroskopie einen fundamentalen Beitrag leisten. Der hochvernetzte und interdisziplinäre Ansatz des Sonderforschungsbereichs ist auch die Grundlage für die enge Einbindung des Forschungsbereichs C "Theorie". Sowohl klassische als auch quantenmechanische Rechnungen liefern hier die Basis für das tief greifende Verständnis der zugrunde liegenden Reaktionsmechanismen, der Stabilität sowie der elektronischen, optischen und mechanischen Eigenschaften der neuen Kohlenstoffallotrope und deren Derivate. Darüber hinaus liefert die Theorie konkrete Designansätze für die Darstellung und Erforschung von bisher unbekannten Formen des Elements Kohlenstoff.

Teilprojekte:

Vereinigende Konzepte für die Chemie von synthetischen Kohlenstoffallotropen (A01)
Graphene und Organische Moleküle: Untersuchungen zum Ladungstransport (B08)
Großskalige Simulationen an Kohlenstoff-Allotropen (C01)
Quantenchemische Untersuchungen zu Bildung, Struktur, Energie und elektronischen Eigenschaften von Carbinen, Fullerenen und Graphenen (C02)
Aberrationskorrigierte hochauflösende und in-situ Transmissionselektronenmikroskopie an C-Allotropen und Bauelementen (Z02)
B13 "Optische und strukturelle Eigenschaften von räumlich definierter Funktionalisierung in Kohlenstoff-Nanotubes und Graphen"

Zuletzt aktualisiert 2018-09-08 um 12:51

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