SFB 1636:
Elementarprozesse Lichtgetriebener Reaktionen an Nanoskaligen Metallen
Fachliche Zuordnung
Chemie
Physik
Förderung
Förderung seit 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 510943930
Die lichtgesteuerte Chemie an Metallen im Nanomaßstab ist ein neues, interdisziplinäres Forschungsgebiet, das Expertise von der Nano-Optik und der Physik der kondensierten Materie über die physikalische Chemie bis hin zur organischen und anorganischen Chemie bündelt. Die Vision des Forschungsgebietes ist nicht nur, chemische Reaktionen über die katalytischen Eigenschaften von Metallen im Nanomaßstab zu steuern, sondern auch die Reaktionswege so präzise zu kontrollieren und zu ändern, dass sie durch Sonnenlicht aktiviert werden können, um nachhaltige Technologien zu ermöglichen. Chemische Reaktionen, die durch die Einkopplung von Licht in kollektive Ladungsschwingungen im Metall verstärkt werden, werden als "plasmonische Chemie" bezeichnet, wobei zahlreiche umstrittene mechanistische Details diskutiert werden. Unser Forschungsprogramm hat zwei Ziele: Wir wollen (A) basierend auf Modellsystemen ein umfassendes mikroskopisches Verständnis der primären Prozesse entwickeln, die zu lichtgetriebenen chemischen Reaktionen an Metallen im Nanomaßstab führen. Andererseits wollen wir (B) neue chemische Wege erforschen, die auf plasmonengestützter Chemie basieren, mit dem langfristigen Ziel, neue Materialien und neue Synthesemethoden zu etablieren. Die Forschungsaktivitäten in (A) konzentrieren sich daher auf elementare physikalische Prozesse in Modellsystemen, welche die Grundlage für neue chemische Reaktionen in (B) bilden, die an nanoskaligen Metallen ablaufen. Wir konzentrieren uns auf die lichtinduzierte Umwandlung organischer Moleküle, Polymerisationen und die Funktionalisierung von Nanopartikeln. Mit Experimenten und theoretischer Modellierung untersuchen wir die elementaren Schritte, die quantisierte Photonenenergie für chemische Reaktivität nutzbar machen: Energetische Elektronen und Löcher, die durch Photoanregung des Metalls erzeugt werden, aktivieren molekulare Bindungen durch Ladungstransfer. Gleichzeitig wird elektronische Energie in Schwingungsanregungen im Metall und seiner Umgebung auf der Nanoskala umgewandelt. Phänomene wie hybride Licht-Materie-Zustände, die durch starke Kopplung entstehen, und Wärmetransport im Nanomaßstab einschließlich Quanteneffekten sind aktuelle Herausforderungen für Experimente und Modellierung. Unsere hochspezifischen, ultraschnellen Pump-Probe-Techniken zielen darauf ab, die primären Prozesse in ihrer zeitlichen Abfolge zu erfassen und spektroskopisch aufzuklären. Mit hochaufgelöster Mikroskopie und Einzelmolekülspektroskopie werden die Reaktionszwischenprodukte und -produkte untersucht. Gemeinsam werden wir neue plasmonengestützte Syntheseschemata für eine lichtinduzierte selektive und effiziente Chemie entwickeln. Durch komplementäre Expertise in Chemie und Physik kombiniert mit einer zeitgemäßen interdisziplinären Ausbildung werden wir eine moderne Sichtweise der lichtgesteuerten Chemie entwickeln, die auf modernen Methoden der Steuerung von chemischen und physikalischen Prozessen im Nanobereich beruht.
DFG-Verfahren
Sonderforschungsbereiche
Laufende Projekte
-
A01 - Verständnis und Steuerung des Nichtgleichgewichts-Energieflusses in Metall-Molekül-Hybriden auf der Nanoskala
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Bargheer, Matias
;
Henkel, Carsten
;
Müller-Werkmeister, Henrike
)
-
A02 - Mechanistische Untersuchungen von plasmoneninduzierten Bindungsspaltungen und Kreuzkopplungsreaktionen mit Hilfe von SERS- und Röntgenanalysemethoden
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Bald, Ilko
;
Lu, Yan
;
van der Veen, Renske
)
-
A03 - Bindungsaktivierung und molekulare Dynamik an Metallnanopartikeln untersucht mittels Röntgenspektroskopie
(Teilprojektleiter
Föhlisch, Alexander
;
Gühr, Markus
;
Saalfrank, Peter
)
-
A04 - Steuerung der chemischen Reaktivität durch nichtlokalen Energietransfer über starke Licht-Materie-Wechselwirkung
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Henkel, Carsten
;
Koopman, Wouter
;
Müller-Werkmeister, Henrike
)
-
A05 - Verständnis und Kontrolle der Reaktivität bei starker schwingungs- und elektronischer Kopplung: Theoretische Modellierung
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Anders, Janet
;
Saalfrank, Peter
)
-
A06 - Steuerung chemischer Reaktionen durch propagierende Oberflächenplasmonpolaritonen
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Bargheer, Matias
;
Busch, Kurt
;
Santer, Svetlana
)
-
A07 - Lichtinduzierte Oberflächenreaktivität auf atomarer Ebene
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Hoffmann-Vogel, Regina
;
Klamroth, Tillmann
)
-
B01 - Oberflächenmanipulation von plasmonischen Nanopartikeln durch selektive Spaltung funktionaler Linker - ein Weg zu Nanopartikeln mit funktionalen Patches
(Teilprojektleiter
Bald, Ilko
;
Böker, Alexander
)
-
B02 - Zwei-Photonen-Prozesse und plasmoneninduzierte Nitroxid-vermittelte radikalische Polymerisation (NMP)
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Kneipp, Janina
;
Schlaad, Helmut
)
-
B03 - Plasmon-induzierte RAFT-Polymerisation als Weg zu asymmetrisch funktionalisierten Nanopartikeln
(Teilprojektleiter
Bald, Ilko
;
Hartlieb, Matthias
)
-
B04 - Mechanistische Untersuchung und Optimierung plasmongetriebener Reaktionen durch In-situ-Analytik und Flow-Chemie
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Möller, Heiko
;
Pacholski, Claudia
)
-
B05 - Mechanismen photochemischer Reaktionen an metallischen Nanopartikeln
(Teilprojektleiter
Hecht, Stefan
;
Titov, Evgenii
)
-
MGK - Integriertes Graduiertenkolleg
(Teilprojektleiter
Banerji, Ph.D., Amitabh
;
Henkel, Carsten
)
-
Z01 - Herstellung, Charakterisierung und Einstellung von Nanopartikeln und maßgeschneiderten Substraten für die plasmonische Chemie
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Lu, Yan
;
Schmidt, Bernd
;
Taubert, Andreas
)
-
Z02 - Gemeinsames optisches Labor: Technologische Entwicklung von optischer Anregung und Analyse (wissenschaftliches Dienstleistungsprojekt mit mobilen Laserquellen, Detektoren und Unterstützung von Großanlagen)
(Teilprojektleiter
Herzog, Marc
)
-
Z03 - Zentrales Verwaltungsprojekt
(Teilprojektleiter
Bargheer, Matias
)
-
Z04 - Transfer und Öffentlichkeitsarbeit
(Teilprojektleiter
Banerji, Ph.D., Amitabh
)