AKTUELLES
13.08.2018

Lichtgesteuerte Moleküle: Forscher öffnen neue Wege im Recycling

Entdeckung schafft Grundlage für die Wiederverwertung bisher nicht recycelbarer Kunststoffe.


Robuste Kunststoffe bestehen aus molekularen Bausteinen, die durch widerstandsfähige chemische Verbindungen zusammengehalten werden. Da diese sich kaum wieder voneinander lösen lassen, ist das Recycling solcher Stoffe quasi unmöglich. Jetzt entwickelte ein Forscherteam der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) ein Molekül, das mit Hilfe von verschiedenfarbigem Licht gezielt chemische Reaktionen antreiben oder umkehren kann. Das Molekül ist dadurch in der Lage, bestimmte Verknüpfungen auf molekularer Ebene je nach Bedarf entweder herzustellen oder aufzubrechen, selbst wenn diese besonders stark sind. Die Entdeckung öffnet neue Wege im Recycling und in der Entwicklung nachhaltiger Materialien. Die lichtgetriebene Wiedergewinnung von individuellen Molekülbausteinen hat großes Potential die Wiederverwertung bisher nicht recycelbarer Kunststoffe zu ermöglichen, ohne dabei einen Kompromiss in Farbe, Form oder Qualität eingehen zu müssen.

„Die Funktionsweise unseres Systems ist dem von Selbstbau-Möbeln sehr ähnlich“, erläutern die beiden Erstautoren Michael Kathan und Fabian Eisenreich. „Wir können jetzt bestimmte Strukturen auf molekularer Ebene ohne Verschleiß immer wieder auf- bzw. abbauen. Als Werkzeug benutzen wir jedoch nicht Hammer und Schraubenzieher, sondern rote und blaue Leuchtdioden mit denen wir unsere Moleküle steuern können.“

Die Forschungsergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Nature Chemistry veröffentlicht.


Weitere Informationen

 
Veröffentlichung
“Light-driven molecular trap enables bidirectional manipulation of dynamic covalent systems”
von: Michael Kathan, Fabian Eisenreich, Christoph Jurissek, Andre Dallmann, Johannes Gurke und Stefan Hecht
in: Nature Chemistry (2018), DOI: 10.1038/s41557-018-0106-8

 

24.07.2018

Professor Jan Plefka mit Freiräume-Antrag erfolgreich

Die Humboldt-Universität eröffnet mit der Förderlinie Freiräume Zeit zur Reflexion und zur Konzentration auf einen neuen Forschungsgedanken sowie die Möglichkeit des Austauschs, Lesens und Schreibens ohne die Ablenkung durch das Alltagsgeschäft. Zu den fünf Professor_innen zählt Prof. Jan Plefka, Mitglied im IRIS Adlershof. Er wird für das Wintersemester 2018/19 durch eine  Gastdozentur vertreten und die gewonnene Zeit zur intensiven und konzentrierten Erkundung der Verallgemeinerten Unitarität für Gravitationswellen nutzen:

"Zwei zentrale Theorien der Physik sind kürzlich durch den Nachweis des Higgs-Bosons und Gravitationswellen bestätigt worden: Das Standardmodell der Teilchenphysik und die Einstein’sche Gravitationstheorie. Beide Feldtheorien lassen sich nicht exakt lösen und müssen mit Methoden der Störungstheorie, namentlich Feynman-diagrammatischen Entwicklungen, behandelt werden. Für die Quantenfeldtheorien, wie das Standardmodell, hat es in den letzten Jahren revolutionäre Innovationen, die sog. verallgemeinerte Unitarität, gegeben, die diese diagrammatische Entwicklung umgehen und stark vereinfachen können. So lassen sich hochgradig komplizierte Graviton-Streuprozesse aus nicht-gravitativen und einfacheren Streuungen generieren. Die zentrale Idee dieses Projektes ist es diese Innovation im Bereich der Quantenfeldtheorie auf das Problem der Gravitationswellen in der klassischen Relativitätstheorie zu übertragen, die bei der Kollision massereicher Körper (schwarzer Löcher oder Neutronensterne) entstehen. Weiterhin soll der algebraischen Natur dieser Dualität nachgegangen werden.", so Jan Plefka.

Wir gratulieren herzlich und wünschen viel Freude an diesem spannenden Thema!
 
 
 

09.07.2018

Optisch gesteuerte elektronische Bauelemente auf Basis von hybriden Materialien

Erstmals wurden zwei-dimensionale Materialien mit einer photoschaltbaren molekularen Schicht dekoriert und aus den resultierenden hybriden Materialien elektronische Bauelemente hergestellt, die durch Licht kontrolliert werden können. Die Ergebnisse dieser fruchtbaren Zusammenarbeit mehrerer europäischer Forschungsgruppen wurden in Nature Communications veröffentlicht.
 
Zweidimensionale (2D) Materialien bestehen aus einer einzigen Atomlage und besitzen außergewöhnliche Eigenschaften, aufgrund derer sie ein vielversprechendes Anwendungspotential, u.a. für optoelektronische Bauelemente und Sensoren sowie Katalysatoren, besitzen. Dank ihrer hohen Oberfläche fungieren 2D-Materialien als ideale Plattform, um die Wechselwirkung mit Molekülen und molekularen Lagen zu studieren und diese in sogenannten Hybridmaterialien zur Herstellung von neuartigen Bauelementen zu nutzen.
 
Chemiker der Humboldt-Universität zu Berlin haben in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universitäten in Strasbourg, Mons und Trento nun erstmals Hybridmaterialien bestehend aus photoschaltbaren Molekülen auf 2D-Materialien beschrieben. Dabei haben sie Spiropyranmoleküle mit Ankergruppen ausgestattet und auf Graphen (eine Monolage des Graphits wie im Bleistift) bzw. Molybdändisulfid (bekannt aus dem Korrosionsschutz) abgeschieden. Beleuchtung mit ultraviolettem bzw. grünem Licht wandelt die Moleküle zwischen zwei unterschiedlichen Formen hin und her, was zu einer optischen Modulation der elektrischen Eigenschaften führt. Somit werden Lichtimpulse (Input), die eine kollektive Reaktion der molekularen Schicht auslösen, zu makroskopisch messbaren, elektrischen Effekten (Output) verstärkt.
 
“Mit unserem vielseitigen Ansatz, 2D-Materialien molekular maßzuschneidern, bringen wir die supramolekulare Elektronik auf ein neues Level und näher an zukünftige Anwendungen” ist Prof. Stefan Hecht, der im IRIS Adlershof an Hybridmaterialien forscht, überzeugt. Die Arbeit ist richtungsweisend für die Realisierung von multifunktionalen hybriden Bauelementen, angetrieben durch die primäre Energiequelle der Natur – das Sonnenlicht.

Weitere Informationen
 
Veröffentlichung
 
“Collective molecular switching in hybrid superlattices for light-modulated two-dimensional electronics”
von: Marco Gobbi, Sara Bonacchi, Jian X. Lian, Alexandre Vercouter, Simone Bertolazzi, Björn Zyska, Melanie Timpel, Roberta Tatti, Yoann Olivier, Stefan Hecht, Marco V. Nardi, David Beljonne, Emanuele Orgiu und Paolo Samorì
in: Nature Communications 2018, 9, 2661, DOI: 10.1038/s41467-018-04932-z

 

28.06.2018

Kettenreaktion schaltet Moleküle in der Tiefe

Berliner Chemiker haben durch eine neue Methode das Anwendungspotential optischer Schaltermoleküle maßgeblich verbessert. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden in der Fachzeitschrift Chem veröffentlicht.

Intelligente Materialien halten zunehmend Einzug in unseren Alltag, da sie ihre Eigenschaften verschiedenen Umgebungseinflüssen, wie Temperatur und Licht, anpassen können. Man denke an selbsttönende Sonnenbrillengläser, die sich in Abhängigkeit von der Helligkeit abdunkeln oder aufhellen. Als Schlüsselkomponenten der zum Einsatz kommenden Materialien dienen molekulare Photoschalter, d.h. Moleküle, die unter Einwirkung von Licht einer bestimmten Wellenlänge ihre Eigenschaften, z.B. ihre Farbe oder ihre Fähigkeit den elektrischen Strom zu leiten, verändern. Allerdings benötigen Photoschalter in der Regel energiereiches UV-Licht und lassen sich dazu weder vollständig noch besonders effizient betreiben, da man zumeist wesentlich mehr Lichtteilchen (Quanten) benötigt als Moleküle geschaltet werden. Diese Limitationen begrenzen die Anwendungsgebiete von Photoschaltern bislang enorm, da Licht umso schlechter in Materialien eindringen kann, je energiereicher es ist.
 
Chemiker der Humboldt-Universität und der Universität Potsdam haben nun eine Methode entwickelt, bei der Photoschalter mit geringen Mengen energiearmer roter Lichtquanten vollständig geschaltet werden können, und somit gleich alle beiden oben genannten Probleme gelöst. Durch Zufall kamen sie dem Phänomen auf die Spur, dass die Oxidation weniger Schaltermoleküle ausreicht, die gesamte Probe zu schalten. In Folge wurde die zugrundeliegende Kettenreaktion im Detail aufgeklärt und optimiert, um die Verwendung von Farbstoffen und somit die Nutzung von rotem Licht zu ermöglichen. Damit ist es nun möglich, die Quantenausbeute, die normalerweise deutlich unter 100% liegt, erstmals auf fast 200% zu schrauben – Weltrekord!
 
Die Tragweite ihrer Entdeckung ist beträchtlich, sind sich Dr. Alexis Goulet-Hanssens und Prof. Stefan Hecht, der am Institut für Chemie und IRIS-Adlershof forscht, sicher: „Mit unserer Methode können wir erstmals Schaltermoleküle effizient in der Tiefe adressieren. Somit können wir sowohl optische Bauelemente effizient betreiben als auch durch das biologische Fenster hindurch tief in die Haut eindringen“ erläutern sie und sind im Hinblick auf mögliche Anwendungen in der Optoelektronik und Medizintechnik begeistert.

Weitere Informationen

 
Veröffentlichung
“Hole Catalysis as a General Mechanism for Efficient and Wavelength-Independent Z/E Azobenzene Isomerization”
von: Alexis Goulet-Hanssens, Clemens Rietze, Evgenii Titov, Leonora Abdullahu, Lutz Grubert, Peter Saalfrank und Stefan Hecht
in: Chem (2018), DOI: 10.1016/j.chempr.2018.06.002