Funktionale Nanostrukturen durch Self-assembly in eingeschränkter Geometrie: Konstruktionsprinzipien und molekulare Transportprozesse

• Antragstellerin: Professorin Dr. Monika Schönhoff
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 332724194

Auf der Basis der Selbstorganisation organischer Moleküle bzw. kolloidaler Partikel in eingeschränkter Geometrie können effiziente Strategien zur Herstellung neuartiger funktioneller Nanomaterialien und hierarchischer chemischer Systeme entwickelt werden. Ziel dieses Projektes ist die Konstruktion neuer poröser Materialien, die jeweils spezifische Nanostrukturen mit kontrollierten Geometrien oder Wechsel¬wirkungen in eingeschränkter Geometrie beinhalten. Erwartete Funktionalitäten dieser Systeme beinhalten z.B. Sensorik, basierend auf der Aufnahme von Targetmolekülen. Konstruktionsprinzipien hierarchischer Systeme werden hierzu erarbeitet, außerdem wird ein besonderer Schwerpunkt auf Transportprozesse in hierarchisch porösen Systemen gelegt werden, um der Aufklärung von Strukturen und Mechanismen der antizipierten Funktionalität zu dienen.Basierend auf im Vorläuferprojekt entwickelten Methoden, sollen die präparativen Ansätze zu komplexeren Systemen ausgeweitet werden, die insbesondere dreidimensional geordnete Strukturen, hierarchisch poröse Strukturen und multiple Funktionalität beinhalten sollen. Das Projekt gliedert sich in vier Teilbereiche: A) Design und Synthese einer Serie von polymerisierbaren Amphiphilen. Diese werden mit Hilfe von Sol-Gel-Chemie in geordneten Mesophasen assembliert, um wohldefinierte Nanomaterialen aus Polymer-, Kohlenstoff- oder metallischem Material zu erzeugen. B) Diese porösen Strukturen werden mit Hilfe von NMR-Diffusionsstudien und MR Imaging bezüglich ihrer Porenstruktur analysiert, wobei eine Zielstellung die Erzeugung anisotroper Strukturen für Li- Ionentransport zur Anwendung als Elektrolytmaterial ist. C) Mikrofluidisch erzeugte monodisperse Tropfen dienen als Templat zur Assemblierung von Silica-Nanopartikeln und hieraus weiter zur Erzeugung hierarchisch poröser, polymerer inverser Opale. Dieser Ansatz soll auf hierarchisch poröse MOF- Materialien und Gold-Nanopartikel erweitert werden. D) Diffusionsstudien niedermolekularer Spezies in diesen hierarchisch porösen Materialien werden strukturelle Information bzgl. der Nano- Meso- und Mikro-Porösität liefern und weiterhin die molekularen Transportmechanismen, auf denen die Funktionalität beruht, in diesen komplexen hierarchischen Materialien aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Guangtao Li