Neuer Sonderforschungsbereich SFB 953 „Synthetische Kohlenstoffallotrope“

Das ubiquitär verfügbare Element Kohlenstoff bildet die Basis für den SFB 953 „Synthetic Carbon Allotropes“, der zum 1. Januar 2012 in Erlangen eingerichtet wird. Der SFB 953 unter Leitung von Herrn Prof. Andreas Hirsch, Department Chemie und Pharmazie, ist einer von acht neuen durch die DFG geförderten Sonderforschungsbereichen und wird in den nächsten vier Jahren mit einer Gesamtförderungssumme von ca. 10 Millionen Euro ausgestattet. In insgesamt 19 Teilprojekten beschäftigen sich fachübergreifend Chemiker, Physiker und Ingenieure mit der experimentellen und theoretischen Erforschung der molekularen Kohlenstoffallotrope Fullerene, Kohlenstoffnanoröhren und Graphen.

Das Element mit der Ordnungszahl 6 – Kohlenstoff – ist sowohl zentraler Baustein des Lebens und als auch integraler Bestandteil der Organischen Chemie und erweist sich als äußerst wandlungsfähig. Die beiden seit langem bekannten und erforschten Festkörpermodifikationen Diamant und Graphit besitzen auf Grund der unterschiedlichen Vernetzung der einzelnen Kohlenstoffatome untereinander vollkommen unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften. Basierend auf der dreidimensionalen kovalenten Verknüpfung der einzelnen Kohlenstoffatome stellen Diamanten das härteste natürliche Material dar. Sie sind optisch transparent und elektrische Isolatoren. Demgegenüber ist in Graphit jedes Kohlenstoffatom zweidimensional mit jeweils drei Nachbaratomen kovalent verbunden und das verbleibenden Valenzelektronen bilden das delokalisierte π-System des honigwabenförmigen Grundgerüstes. Im Graphit sind unzählige dieser Basalebenen über schwache Van-der-Waals Kräfte übereinandergestapelt. Das π-Elektronenystem ist für die schwarze Farbe und die hohe elektrische Leitfähigkeit in diesem Kohlenstoffallotrop verantwortlich, wohingegen sich die leichte Spaltbarkeit von Graphit aus dem schichtförmigen Aufbau des Systems ergibt.

Neben diesen klassischen Kohlenstoffmodifikationen sind seit kurzem auch neue, synthetischen Kohlenstoffallotrope– Fullerene, Kohlenstoffnanoröhren und Graphen (eine Basalebene des Graphits) – zugänglich und diese stehen auch aktuell im Mittelpunkt des öffentlichen Interesses und der aktuellen Materialforschung. Aufgrund Ihres einzigartigen strukturellen Aufbaus, gehören diese neuen molekularen Vertreter des Elements Kohlenstoff gegenwärtig zu den vielversprechendsten Materialklassen und werden als integrale Schlüsselbauteile für zukünftige Hochtechnologieanwendungen gehandelt.

Gleichzeitig stellt das Element Kohlenstoff nach wie vor ein ideales Modellsystem für die Untersuchung von einer Reihe fundamentaler chemischer und physikalischer Fragestellungen dar. Hier wäre zum Beispiel die zielgerichtete chemische bottom-up Synthese von neuen allotropen Formen zu nenne, so wie das kontrollierte Heteroatomdoping der bereits bekannten molekularen Kohlenstoffmodifikationen. Darüber hinaus stellt die Synthese von löslichen Kohlenstoffderivaten, die Erforschung der chemischen Reaktivität und die Untersuchung der mechanischen  und elektronischen Eigenschaften sowie der zielgerichtete Aufbau von hierarchischen Strukturen, die fundamentale Grundvoraussetzung für eine mögliche Prozessierung und Implementierung dieser faszinierenden Strukturen in zukünftigen Halbleiteranwendungen dar. Diese zentralen Fragestellungen und Arbeitsgebiete wird der zum 1. Januar 2012 durch die DFG neu eingerichtete SFB 953 „Synthetische Kohlenstoffallotrope“ in einer interdisziplinärer Zusammenarbeit von Chemikern, Physikern, Ingenieuren und Theoretikern bearbeiten. Fachübergreifend werden im SFB 953 systematisch und komplementär in 19 Teilprojekten die organische Synthese, die physikalische Charakterisierung und die ingenieurstechnische Device-Produktion in zu einem schlagfähigen Forschungsinstrumentarium gebündelt, das von einer umfassenden und fundamentalen theoretischen Klammer abgerundet wird. Die Kohlenstoffallotropforschung im Rahmen des SFB 953 unter Leitung von Herrn Prof. Andreas Hirsch wird in der ersten Förderperiode über einen Zeitraum von 4 Jahren mit insgesamt rund 10 Millionen Euro gefördert.

Kontakt:

Prof. Dr. Andreas Hirsch
Lehrstuhl für Organische Chemie II
Henkestr. 42
91054 Erlangen
andreas.hirsch@chemie.uni-erlangen.de
Tel: 09131 – 85 22537