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• Die Chemie schalenförmiger aromatischer Verbindungen

  Die Chemie schalenförmiger aromatischer Verbindungen

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  Aromatische Verbindungen wie Benzol besitzen einzigartige Reaktivitäten und physikalischen Eigenschaften, welche durch Aromatizität begründet werden können. Hierbei sind Pi-Elektronen im planaren Molekülgerüst delokalisiert. Somit ist die Planarität des Moleküls ein wichtiger Aspekt, um die Eigenschaft dieser aromatischen Moleküle zu verstehen. Wie ändern sich die Reaktivität und die physikalischen Eigenschaften dieser Verbindungen, wenn man aromatische Moleküle krümmt oder diese eine andere, nicht-planare Strukturen aufweisen? Aus dieser Neugier heraus untersuchen wir die Chemie der sphärischen Aromaten, wie zum Beispiel der Fullerene und der schüsselförmigen Buckybowls. Insbesondere Buckybowls weisen aufgrund ihrer schalenförmigen Struktur nicht nur verschiedene einzigartige Verhaltensweisen auf, sondern es können sogar neuartige Materialien mit Funktionen erwartet werden, die mit normalen, planaren aromatischen Verbindungen nicht realisiert werden können!
  Uns gelang die erste Synthese von "Sumanen", einer der ursprünglichsten Strukturen der Buckybowls. Derzeit untersuchen wir neue Synthesemethoden und Eigenschaften verschiedener Buckybowls sowie die Entwicklung von funktionalen Materialien unter Verwendung von Buckybowls. Nachfolgend sind aktuelle Forschungsprojekte aufgeführt.

  • · Darstellung neuer Strukturen sowie supramolekularer Strukturen mit Sumanen als Motiv. Studien der Strukturen und ihrer physikalischen Eigenschaften
  • · Neue synthetische Methoden zur Darstellung von Buckybowls, insbesondere Buckybowls, die Hetereoatome beinhalten
  • · Neuartige Materialien, die die intrinsische Janus-Natur nutzen, welche durch die konkave Seite und die konvexe Seite von Buckybowls verursacht wird
  • · Herstellung von Metallkolloiden, welche durch wasserlösliche Fullerenderivate stabilisiert werden und deren Anwendung als Katalysatoren oder Materialien

  

  

• Chemie von Metall-Nanoclustern

  Chemie von Metall-Nanoclustern

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  Der Charakter von Metallen ist völlig anders, wenn man das Verhalten von makroskopischen (normalen) Metall mit dem Verhalten der Metalle im Nanometerbereich (hier der sogenannten Metallnanocluster) vergleicht. Zum Beispiel ist Gold eines der korrosionsbeständigsten Metalle (insbesondere bezüglich Luftoxidation), das daher lange Zeit wunderschön glänzt. Gold im Nanometerbereich aber zeigt eine extrem hohe katalytische Aktivität gegenüber aeroben Oxidationen. Daher interessieren wir uns für bisher unbekannte katalytische Aktivitäten und physikalische Eigenschaften, die im Bulk-Zustand verborgen sind aber in Metallnanoclustern entfesselt werden.
  Darüber hinaus ist es möglich, sogenannte Legierungscluster durch das Mischen mehrerer Metalle in verschiedenen Kombinationen und Verhältnissen herzustellen. Solche Legierungscluster können eine völlig andere Aktivität als das ursprüngliche einzelne Metall aufweisen. Man könnte sagen, dass wir so etwas wie moderne "Alchemie" verfolgen. Da Metallnanocluster dazu neigen sich zu größeren, unreaktiven Konglomeraten zusammenzuschließen, betten wir die Nanocluster in eine Matrix ein. Dabei haben wir festgestellt, dass die Art der Schutzmatrix die Beschaffenheit des Clusters stark verändern kann. Wir untersuchen nun die Entwicklung neuartiger Metallnanocluster-Katalysatoren, die zu einer grüneren Chemie beitragen. Dabei nutzen wir verschiedene synthetische und natürliche Polymere als Matrix. Nachfolgend sind aktuelle Forschungsprojekte aufgeführt.

  • · Entwicklung neuer katalytischer Reaktionen unter Verwendung von Legierungscluster, um insbesondere anspruchsvolle Reaktionen wie die Aktivierung der Kohlenstoff-Fluor-Bindung zu verfolgen
  • · Entwicklung grüner Nanokatalysatoren unter Verwendung verschiedener synthetischer und / oder natürlicher Polymere wie Chitosan und Cellulose als Schutzmatrix.
  • · Aufklärung von Phänomenen und Wechselwirkungen an der Grenzfläche zwischen Metallnanocluster-Oberfläche und Schutzmatrix in Bezug auf katalytische Anwendungen.

  

  

• Dynamik organischer Kristalle

  Dynamik organischer Kristalle

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  In einem Kristall sind alle Atome, Moleküle und Ionen sehr regelmäßig räumlich angeordnet. Man denke dabei zum Beispiel an Steinsalz, Quarz, aber auch Juwelen wie Rubin und Saphir, welche in kristalliner Form vorliegen. Selbst größere organische Verbindungen sind im kristallinen Zustand in einem Kristall in sich wiederholenden Mustern angeordnet. Da diese organischen Kristalle starr und hart sind, können sie für verschiedene Anwendungen genutzt werden. Aufgrund ihrer mangelnden Flexibilität sind sie jedoch zerbrechlich und die meisten Kristalle gehen kaputt, wenn auf sie Druck ausgeübt wird. In letzter Zeit erregen jedoch "dynamische" organische Kristalle Aufmerksamkeit, welche durch äußere Reize seine Struktur anpassen kann. So wurde beispielsweise auch ein System publiziert, das auf Druck reagiert und dabei abhängig vom Druck die Farbe des emittierten Lichts ändert.
  Kürzlich haben wir eine Reihe dynamischer organischer Kristalle entdeckt, die reversibel eine Strukturänderung zeigen, während der kristalline Zustand auch nach Aufnahme oder Freisetzung eines Gastes oder Lösungsmittels erhalten bleibt. Einige dieser Kristalle verändern reversibel ihre Farbe und Struktur durch Erwärmen oder nach Bestrahlen mit Licht. Dennoch bestehen diese organischen Kristalle nur aus sehr einfachen organischen Verbindungen und wir hoffen, weitere Modifikationen möglich zu machen, ohne die grundlegenden dynamischen Eigenschaften des System zu verändern. Dazu wollen wir einfache, chemische Transformationen nutzen. Nachfolgend sind aktuelle Forschungsprojekte aufgeführt.

  • · Aufklärung der Porosität / nichtporösen Strukturänderung in dynamischen organischen Kristallen, die mit der Aufnahme / Freisetzung von Lösungsmittel einhergeht
  • · Aufklärung des Strukturübergangsphänomens durch Erhitzen und Lichtbestrahlung in dynamisch-organischen Kristallen, Entwicklung als Material
  • · Kontrolle der Adsorptionseigenschaften durch chemische Modifikation der Molekülbestandteile

  

  

• Chemie der Laserablation

  Chemie der Laserablation

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  Durch Einstrahlen von Laserlicht auf die Grenzfläche zwischen fester und flüssiger Phase werden Bestandteilstoffe der festen Oberfläche explosionsartig freigesetzt, wobei ein Plasma erzeugt wird (Ablation). Dadurch können extrem reaktive chemische Verbindungen in der Flüssigkeit erzeugt werden. Wir versuchen, diese Methode auf die organische Chemie und Koordinationschemie zu übertragen.
  Uns interessiert zum Beispiel, wie in der Urzeit vor rund 4,3 Milliarden Jahren die ersten primitiven, enzymähnlichen Substanzen gebildet wurden, die den Schlüssel zur Evolution des Lebens darstellen. Laserablation wird im Zusammenhang mit der ionisierenden Strahlung in natürlichen Kernreaktoren betrachtet, welche zu dieser Zeit existierten. Die Ablation in reinem Pyrit (FeS₂）in Gegenwart von einfachen organischen Verbindung ist dabei für uns von Interesse, wir hoffen damit primitive Enzymmodellkomplexe darstellen zu können.
  Außerdem nutzen wir Laserablation von Metallen und Feststoffen um aktive Nanopartikel zu erzeugen, deren katalytische Aktivitäten und Eigenschaften wir untersuchen. Nachfolgend sind aktuelle Forschungsprojekte aufgeführt.

  • · Studie zur Aufklärung des Mechanismus der Erzeugung primitiver enzymatischer Substanzen in der Urzeit
  • · Entwicklung einer größen- / morphologieselektiven Methode zur Bildung von Nanopartikeln durch Laserablation in flüssiger Phase von diversen Metall- und Festkörperoberflächen
  • · Erzeugung neuer Legierungen mittels Laser-Bonding-Technologie und Erforschung der Reaktivität derer