Kooperationen tragen Früchte

Titel Cover der Zeitschrift "small methods"
Cover von small methods (This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0, http://creativecommons.org/licenses/by/4.0).)
24. Januar 2022

Die FAU ist ein ideales Umfeld für die Nanomaterialchemie-Forschung – das stand für Prof. Dr. Karl Mandel, Professur für Anorganische Chemie, vom ersten Tag an, als er im April 2020 an die FAU wechselte, fest. Das Potential, Synergien in diesem Umfeld zu erzeugen, um ganz neuartige Materialien zu kreieren, zeigt nun eindrucksvoll eine jüngst erschienene Kooperationsarbeit mit Dr. Maïssa Barr und Prof. Dr. Julien Bachmann, Lehrstuhl für Chemistry of Thin Film Materials, sowie Prof. Dr. Matthias Thommes, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik. In Small Methods (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smtd.202101296)  zeigen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie außergewöhnlich exotische Materialkombinationen erstmalig hergestellt und analysiert werden können.

Durch die freie Wahl der verwendeten Nanobausteine, aus denen die Suprapartikel in frei wählbarerer Struktur hergestellt werden, können bereits eine Vielzahl an Materialien hergestellt werden. Zusätzlich ermöglicht ALD für nahezu alle eingesetzte Materialien, die Oberflächen aller Nanopartikel beliebig zu funktionalisieren. (This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0, http://creativecommons.org/licenses/by/4.0).)
Durch die freie Wahl der verwendeten Nanobausteine, aus denen die Suprapartikel in frei wählbarerer Struktur hergestellt werden, können bereits eine Vielzahl an Materialien hergestellt werden. Zusätzlich ermöglicht ALD für nahezu alle eingesetzte Materialien, die Oberflächen aller Nanopartikel beliebig zu funktionalisieren. (This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0, http://creativecommons.org/licenses/by/4.0).)

Diese Flexibilität hinsichtlich der Materialwahl wird durch die Kombination der Forschungsfelder von Prof. Mandel und Prof. Bachmann ermöglicht. Prof. Mandel erforscht, wie Nanobausteine unterschiedlichster Materialien in Form von sog. Suprapartikeln, d.h. Mikropartikeln aufgebaut aus Nanobausteinen, kombiniert werden können, um durch kooperatives Zusammenspiel der Bausteine neue Materialeigenschaften zu erzeugen. Nun konnte gezeigt werden, dass auf die Oberflächen aller Nanopartikel innerhalb der porösen Suprapartikel von der Gruppe um Dr. Barr und Prof. Bachmann dünne Lagen anderer Materialien aufgebracht werden können.

Dies ist mit atomarer Genauigkeit für eine Vielzahl an Materialien mittels Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD) möglich. Durch die Variabilität der verwendeten Nanobausteine innerhalb der Partikel und die Vielzahl möglicher Stoffe auf deren Oberfläche, lässt sich annähernd „alles mit allem“ kombinieren. Da die ALD Abscheidung nahezu substratunabhängig realisiert werden kann, lassen sich maßgeschneiderte Materialien herstellen, welche durch andere chemische oder physikalische Methoden in dieser Form schwer realisierbar sind.

Solche Materialien sind für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen interessant. Überall, wo Interaktion an Grenzflächen stattfindet, beispielsweise im Bereich der Katalyse oder der Sensorik, könnten die Oberflächeneigenschaften gezielt durch ALD eingestellt werden. Die Grundstruktur und das Grundmaterial sind hierbei durch die Suprapartikel festgelegt und können ebenso eingestellt werden. Hierbei ist essentiell, dass alle Oberflächen ausreichend funktional sind und gleichzeitig selbst im Inneren der mikroskaligen Suprapartikel erreichbar bleiben. Diese Herausforderung an die Struktur der Materialien wurde auf Basis von Erkenntnissen gelöst, die durch magnetische Messungen und Porenanalysen, letztere durchgeführt von der Arbeitsgruppe um Prof. Thommes, gewonnen werden konnten.

„Das Verständnis, das wir uns bis jetzt erarbeitet haben, stellt die Grundlage für viele weitere Materialentwicklungen dar, welche unterschiedlichste Anwendungsfelder ökologischer und ökonomischer werden lassen“, so die Erstautoren der Publikation Vanessa Koch (AK Bachmann) und Promotionsstipendiat der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) Stephan Müssig (AK Mandel).

Kontakt

Prof. Dr. Karl Mandel

Department Chemie und Pharmazie
Professur für Anorganische Chemie (Prof. Dr. Mandel)