Einen Durchbruch in der Polymerforschung hat ein Team aus Marburg und Gie\u00dfen erzielt. Eine neue ring\u00f6ffnende Polymerisation auf Kupferoberfl\u00e4chen liefert ein ultralanges Poly(p-phenylene).
\nDie l\u00e4ngsten bislang hergestellten Ketten des leitf\u00e4higen Polymers „Poly(p-phenylene)“ (PPP) sind knapp einen Mikrometer (tausendstel Millimeter) lang – fast eine Gr\u00f6\u00dfenordnung l\u00e4nger als bisher m\u00f6glich. Ein Forschungsteam aus Chemie und Physik um Prof. Dr. Michael Gottfried von der Philipps-Universit\u00e4t Marburg zeigt damit erstmals, dass sich PPP \u00fcber eine spezifische ring\u00f6ffnende Polymerisation als echtes Kettenwachstum („chain-growth“) auf Oberfl\u00e4chen synthetisieren l\u00e4sst. Der statistisch h\u00e4ufigste gemessene L\u00e4ngenwert liegt bei rund 170 Nanometern – mit einem Ausrei\u00dfer bis nahe 1.000 Nanometer. Rekord. Der neue, halogenfreie Prozess kommt ohne st\u00f6rende Nebenprodukte aus und er\u00f6ffnet so einen besonders sauberen Zugang zu ultralangen, konjugierten Polymerketten. Die Ergebnisse ver\u00f6ffentlicht das interdisziplin\u00e4re Team von Uni Marburg, Gie\u00dfen, Leipzig und chinesischen Forschenden im Fachmagazin „Nature Chemistry“.
\nIm Unterschied zu bisherigen oberfl\u00e4chenbasierten Kopplungsreaktionen, bei denen viele kurze Molek\u00fclst\u00fccke zuf\u00e4llig zusammenfinden, w\u00e4chst hier eine Kette kontrolliert an einem Ende weiter: Vorgespannte Ringmolek\u00fcle werden dazu auf einer Kupferoberfl\u00e4che im Ultrahochvakuum durch das reaktive Kettenende ge\u00f6ffnet und angef\u00fcgt. „Dieser Mechanismus verhindert Nebenprodukte, die sonst die Oberfl\u00e4che f\u00fcr weitere Reaktionen blockieren w\u00fcrden“, berichtete der Chemiker Gottfried.
\nMit Hilfe hochaufl\u00f6sender Rastertunnelmikroskopie (STM) und nicht-kontaktierender Rasterkraftmikroskopie (nc-AFM) mit funktionalisierter Spitze konnten die Forschenden einzelne Bindungen direkt sichtbar machen. R\u00f6ntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und NEXAFS-Messungen belegten zus\u00e4tzlich die chemischen Ver\u00e4nderungen w\u00e4hrend der Reaktion. Dichtefunktionaltheorie-Simulationen der Universit\u00e4t Leipzig untermauerten den vorgeschlagenen Reaktionsweg und erkl\u00e4rten die energetischen Vorteile des Kettenwachstums.
\nAus den ultralangen PPP-Ketten lassen sich durch gezieltes Erhitzen \u00fcber spezifische Zwischenstufen neuartige Nanob\u00e4nder mit L\u00e4ngen bis etwa 40 Nanometern erzeugen. „Aus zwei Ketten machen wir sp\u00e4ter wie bei einem Rei\u00dfverschluss ein neues Band aus Kohlenstoff“, erl\u00e4uterte Gottfried. Die Arbeit ist Grundlagenforschung im besten Sinne: Sie erweitert das chemische Werkzeugset zur Herstellung atomar pr\u00e4ziser Kohlenstoff-Strukturen –
\npotenzieller Bausteine k\u00fcnftiger molekularer Elektronik, organischer Transistoren oder neuartiger Halbleiter-Nanob\u00e4ndern.
\n„PPP z\u00e4hlt zu den konjugierten Polymeren, deren elektronische Eigenschaften stark von Kettenl\u00e4nge und struktureller Perfektion abh\u00e4ngen“, kommentierte Gottfried. Zugleich dienen die nun zug\u00e4nglichen ultralangen Ketten als Ausgangspunkt f\u00fcr definierte Kohlenstoff-Nanob\u00e4nder mit ma\u00dfgeschneiderten Eigenschaften.
\nM\u00f6glich wurde der Durchbruch durch das enge Zusammenspiel von chemischem Design, Oberfl\u00e4chenphysik, hochaufl\u00f6sender Mikroskopie und Theorie im LOEWE-Schwerpunkt „Principles of On-Surface Synthesis (PriOSS)“.
\nDabei handelt es sich um ein gemeinsames Projekt der Universit\u00e4ten Marburg und Gie\u00dfen. Kurze Wege, interdisziplin\u00e4re Expertise und die konsequente Verbindung von Idee, Experiment und atomarer Bildgebung – dieser „Marburg-Gie\u00dfen Spirit“ macht es m\u00f6glich, Molek\u00fcle wie nach einem Bauplan zu konstruieren und ihre Entstehung Schritt f\u00fcr Schritt sichtbar zu machen. „Die Arbeit von Michael Gottfried und seinem Team zeigt eindrucksvoll, welches Potenzial in der engen Zusammenarbeit der Universit\u00e4ten Marburg und Gie\u00dfen im Forschungscampus Mittelhessen liegt“, sagte Uni-Vizepr\u00e4sident Prof. Dr. Gert Bange. „Durch die B\u00fcndelung komplement\u00e4rer Expertise entstehen hier wissenschaftliche Durchbr\u00fcche und neue Perspektiven f\u00fcr atomar pr\u00e4zise Materialien und zuk\u00fcnftige Halbleitertechnologien.“<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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