laufende Projekte
In diesem Projekt werden wir neuartige hybride plasmonisch-exzitonische Nanostrukturen entwickeln, die im Nahinfrarotbereich (NIR) aktiv sind. Als Materialplattform für die Herstellung dieser Verbundstrukturen wählen wir zweidimensionale (2D) Nanokristalle aus Kupferchalcogenid (Cu2-xA, wobei x = 0-1 und A = S, Se oder Te). Unsere Wahl stützt sich auf den Polymorphismus von Cu2-xA, der eine Reihe verschiedener Stöchiometrien aufweist, die sich an verschiedene Kristallphasen anpassen, sowie auf die Möglichkeit, diese Nanokristalle durch Kationenaustausch chemisch umzuwandeln.Das Projekt umfasst die folgenden zwei Hauptteile: 1) Entwicklung einer direkten kolloidalen Synthese von 2D-Halbleiter-Cu2-xA-Nanomaterialien mit gut kontrollierten Abmessungen und Kristallstruktur und deren chemische Umwandlung durch Kationenaustauschreaktionen in 2D-Halbleiter-Metallchalkogenide wie CdA, PbA, HgA und Ag2A, einschließlich ihrer Heterostrukturen; 2) Herstellung von fluoreszierend-plasmonischen Verbundmaterialien in Form planarer Schichtaufbauten und Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen den Schichten mit Hilfe fortgeschrittener optischer Spektroskopietechniken. Der Grad der Manipulation der Zusammensetzung und der Struktur der 2D-Materialien, die im Rahmen dieses Projekts angestrebt werden, wird weit über die bestehenden modernen Methoden für ihre direkte nasschemische Synthese sowie die chemische Abscheidung aus der Gasphase oder die Exfoliation hinausgehen. Die Kontrolle ihrer Struktur und Zusammensetzung ist ein Schlüssel zur präzisen Gestaltung ihrer optoelektronischen Eigenschaften. Aus praktischer Sicht ist die Kombination von Halbleiter-Nanokristallen mit hohen Absorptionskoeffizienten und hohen Photolumineszenz-Quantenausbeuten mit Nanopartikeln mit starker Plasmonenresonanz vielversprechend für die Verbesserung der Effizienz optoelektronischer Geräte. Ein solches Konzept ist von großer Bedeutung für den NIR-Bereich, in dem eine hohe Effizienz nur schwer zu erreichen ist.Der Mangel an synthetischen Protokollen für die Synthese von NIR-aktiven Kupfer-, Blei-, Quecksilber- und Silberchalkogenid-2D-Nanomaterialien einerseits und praktisch noch nicht untersuchte Wechselwirkungen zwischen plasmonischen und exzitonischen Strukturen im NIR-Bereich andererseits motivieren uns, diese Ziele zu verfolgen. Der Arbeitsplan des Projekts ist einem Doktoranden zugewiesen, der von zwei studentischen Hilfskräften unterstützt wird.Es wird erwartet, dass diese Arbeit nicht nur Auswirkungen auf die Grundlagen der Chemie von kolloidalen 2D-Halbleiternanomaterialien und deren Synthesemethoden haben wird, sondern auch eine Reihe verschiedener Materialien mit einem klar definierten Anwendungspotenzial bereitstellt. Die daraus resultierenden Materialien und Strukturen mit einstellbaren photophysikalischen Eigenschaften werden vielversprechende Kandidaten für Anwendungen in Solarzellen, Strahlungsbündlern, LEDs und Photodetektoren sein.
Projektleiter Lesnyak, Vladimir
Laufzeit: 2023-2026
Mittelgeber: DFG
Nach der kürzlich gelungenen Herstellung von zweidimensionalen, Nanometer dicken und Quadratzentimeter weit ausgedehnten Goldnetzwerken wollen wir an beiden Enden dieses neuen Forschungsgebietes arbeiten: dem tiefer gehenden Verständnis des Bildungmechanismus und ausgewählten Anwendungen. Das verständnisgetriebene erste Feld wird bestimmt durch Fragen nach den die Phasengrenzflächengelierung von kolloidalen Metallpartikeln bestimmenden Faktoren und der Möglichkeit die Syntheseroute auf multimetallische Strukturen auszuweiten. Die Antworten aus beiden Teilgebieten werden dazu beitragen, die Grenzen der neuen Herstellungsroute beurteilen zu lernen und mögliche Prozessierungsoptionen wie beispielsweise Aufskalierung und Druckbarkeit zu eröffnen. In dem anwendungsgetriebenen zweiten Feld beschränken wir uns zunächst auf den möglichen Einsatz der Netzwerke in der Elektrokatalyse und in der Biomedizin. Für das erste Teilgebiet werden wir versuchen, die an dreidimensionalen Gelen gewonnenen Erkenntnisse (beispielsweise der Nutzung von PtNi-Gelen als hochaktive und robuste Kathoden in Brennstoffzellen) zu nutzen um durch schichtweises Stapeln von 2D-Gelen zu reduziertem Materialeinsatz bei gleichzeitigem Erhalt von Aktivität und Stabilität zu gelangen. Die zweite Anwendung soll in der Herstellung von flexiblen Elektroden für die Neurowissenschaften liegen. Für Untersuchungen am Gehirn, das aus sehr weicher Materie besteht, werden biokompatible, mechanisch weiche Elektroden benötigt um nicht das zu untersuchende Gewebe durch die Applikation zu schädigen. Unsere Untersuchungen zu mechanischen Eigenschaften dreidimensionaler Metallgele lassen für zweidimensionale Gele erwarten, dass diese Bedingungen ebenso erfüllt werden wie die Biokompatibilität durch die Wahl der (Edel-)Metalle aus denen die Netzwerke gebildet werden.
Laufzeit: 2022-2025
Prjektleiter: Prof. Alexander Eychmüller
Mittelgeber: DFG
Suprakolloidale Strukturen: Von Materialien zu optischen und elektronischen Bauteilen- Teilprojekt A2 (im DFG-Graduiertenkolleg: Von Biomaterialien zu optischen und elektronischen Bauelementen)
Projektwissenschaftlerin: Metzkow, Nadia
Projektleiterin: Dr. Juliane Simmchen
Mittelgeber: DFG GEPRIS- geförderte Projekte der DFG
Projektlaufzeit: 2022- 2025
Partner: Antonio Stocco, Strassburg
Projektwissenschaftler: Wittmann, Martin
Active matter has developed into an active and exciting field of research and it is posing challenges to the interdisciplinary community working on it. One of these challenges is image analysis and data handling, that is frequently taught in depth in physics, but somewhat neglected in chemistry.
This proposal joins cutting edge active matter research and builds the opportunity for students to improve on their computational skills.
winner: Dr. Juliane Simmchen
duration: 2021-2024
external source: Fulbright Kommission FULBRIGHT Germany
MINARECO dient der wissenschaftlichen Forschung im Bereich der auf Nanogel basierenden mikrofluidischen Systeme und gleichzeitig dem Ziel der Etablierung einer langfristigen Zusammenarbeit der Projektpartner aus Deutschland und der Türkei. Unter dem Gesichtspunkt der Nanosensorik für Gesundheit und Umwelt stellt die Entwicklung von auf Nanogel basierenden mikrofluidischen Systemen eine neuartige und sehr allgemeine Plattform dar, die als Grundlage für die Entwicklung einer Vielzahl von multiparametrischen Sensoren einer neuen Generation dienen wird. Sie ermöglichen z.B. eine multiparametrische Detektion der Antikörper gegen Autoimmunkrankheiten und Allergien, von Antibiotika oder reaktiven Sauerstoffspezies. Im Vorhaben sollen folgende Forschungsschwerpunkte gesetzt werden:
Herstellung von lichtemittierenden Nanogelen, die aus umweltfreundlichen anorganischen Nanokristallen bestehen, welche die für die Antikörper, Antibiotika oder reaktiven Sauerstoffspezies spezifischen Biorekognitionskomplexe in das Gelnetzwerk einbauen; Untersuchung sowohl der chemischen Wechselwirkungen als auch der optischen Kopplung zwischen den Komponenten des Hybridgels; Realisierung der Sensorfunktion durch Kombination der spezifischen Erkennungsfähigkeit mit der Modulation der optischen Eigenschaften des hybriden Nanogels; eine präzise Positionierung der resultierenden nanostrukturierten optischen Mikrosensoren innerhalb der mikrofluidischen Kanäle sowie die Realisierung mehrerer optimaler Layouts der mikrofluidischen Systeme, die ihre Kombination mit dem spektroskopischen Mehrkanalaufbau ermöglichen.
Laufzeit: 2021-2024
Mittelgeber: BMBF
DLR Projektträger Förderkennzeichen: 01DJ21009
Europäische und internationale Zusammenarbeit
Projektleiter: Prof. Dr. Nikolai Gaponik
Partner:
Bilkent University, Ankara
Projektwissenschaftler: Starzynski, Thorben
Das Projekt A07 unter Leitung von Prof. Alexander Eychmüller konzentriert sich auf die Anwendung chemischer Ansätze, um 2D Anordnungen geschichteter Nanoplättchen (NPLs), in verschiedenen Geometrien zu generieren. Dies impliziert ebenso größere NPL-Netzwerke, die über ihre Spitzen miteinander verbunden sind, 2D Schichten in verschiedenen Auslegungen, die über ihre Spitzen und Kanten miteinander verbunden sind sowie Strukturen die durch Sintern von NPLs und 2D Wachstum gewonnen wurden. Bei den eingesetzten NPLs handelt es sich zunächst um CdSe NPLs mit einer genau kontrollierten Dicke, d.h. drei, vier, fünf und sechs CdSe-Monolagen. Auch andere experimentell etablierte NPLs wie InSe und PbS können folgen, ebenso wie deren Kombinationen und solche, die durch Ionenaustauscherreaktionen produziert werden. Darüber hinaus werden die optoelektronischen Eigenschaften der 2D Baugruppen und die kollektiven Wechselwirkungen innerhalb von Baugruppen charakterisiert.
Projektleiter: Prof. Dr. Alexander Eychmüller
Laufzeit: 2020-2024
Mittelgeber: DFG
Sonderforschungsbereich 1415
Projektwissenschaftler: Shamraienko, Volodymyr
In den letzten Jahren hat sich die Forschung an Bewegung auf der Mikroskala zu einem selbstständigen, spannenden Forschungsgebiet entwickelt, welches Ideen aus verschiedenen modernen Forschungsfeldern verbindet. Mikro- und Nanomotoren sind neuartige Strukturen, die Energie in Bewegung umwandeln können und das unter Bedingungen, die von der Viskosität der Umgebung und Brownscher Bewegung gezeichnet sind.
Im Unterschied zu normalen Motoren, die sich auch nach jeder Kraftstoffexplosion im Zylinder weiter drehen, benötigt Bewegung auf der Mikroscala ständige Energiezufuhr bei stark eingeschränkter Treibstofflagerkapazität.
Das Hauptziel dieses Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines Antriebsmechanismus' für photokatalytische Mikromotoren, der auf der Zersetzung von Wasser durch Sonnenlicht basiert. Heutzutage ist die Nutzung von Solarbrennstoffen noch dadurch begrenzt, dass es wenige wirklich effiziente Photokatalyatoren gibt.
Das Ziel in diesem Projekt ist die Entwicklung eines Licht-basierten Mechanismus' der auf Wasser als nicht-toxischer Treibstoff baut, welches in Gegenwart eines Photokatalysators als erneubare Energiequelle dienen soll. Bisher ist die Nutzung von "solar fuels" noch sehr beschränkt durch den Zugang zu aktiven Photokatalysatoren, deren Entwicklung den Kernpunkt dieses Freigeistprojekts bildet. Im Folgenden sollen die Katalysatoren in Verbindung mit Mikropartikeln oder Strukturen zu Schwimmern zusammengesetzt werden.
Dieses Projekt verbindet zwei innovative Forschungsfelder: Photokatalyse und Mikromotoren. Das Ziel ist die Nutzung dieser durch erneuerbare Sonnenenergie betriebenen Mikromotoren in Umwelt und Sensoring-Anwendungen.
Projektleiter: Dr. Julianne Simmchen
Laufzeit: 2016 - 2023
Mittelgeber: Stiftung Volkswagenstiftung Projektportal