Bottom-up-Ansatz für die Nanotechnologie
Die molekulare Selbstorganisation ist ein Schlüsselkonzept der supramolekularen Chemie. Insbesondere geht es um große molekulare Einheiten mit interessanten Eigenschaften, die durch spontane Selbstorganisation realisiert werden. Diese selbstorganisierenden Bausteine ermöglichen den Zugriff auf nanokleine Objekte unter Einsatz eines Bottom-up-Ansatzes in weit weniger Schritten als ein einzelnes Molekül mit ähnlichen Dimensionen. Durch Kontrolle der chemischen und physikalischen Eigenschaften in verschiedenen Längenskalen und Richtungen weisen supramolekulare zusammengefügte Systeme neuartige Funktionalitäten auf. Das EU-finanzierte Projekt "Self-assembly in confined space" (SACS) konzentriert sich auf die Bildung funktioneller Strukturen mit einzigartigen Eigenschaften durch Selbstorganisation in einem begrenzten Raum. Diese Strukturen werden streng kontrollierte Geometrien, Größen und Formen aufweisen. Erhebliche Anstrengungen widmet man der Bildung kleiner lumineszierender Cluster, die aus Silber oder Kupfer bestehen, sowie deren Stabilisierung in nanoporösen Materialien (Zeolithen). Diese Systeme können neben ihren katalytischen Eigenschaften auf effiziente Weise ultraviolettes in sichtbares Licht umwandeln, wobei die Quantenausbeuten bis zu 70 % betragen. Auch die Bildung lumineszierender Mangan- und Blei-Cluster in FAU- bzw. MER-Zeolithen wurde erprobt. Die Quantenausbeuten lagen unter 10 %. Ein Großteil der Projektarbeit bestand in der Kombination elektrochromer Materialien mit porösen Systemen und Polymeren. Photochrome und elektrochrome Systeme profitieren von der Erstarrung des Mediums, womit sie verbesserte lumineszierende, elektrochrome oder katalytischen Eigenschaften erwerben. Eine Kombination von Bausteinen mit starker chemischer Vielfalt sowie kontrollierter Größe und Form gestattet die einfache Optimierung ihrer Eigenschaften. In Zeolithkristallen mit lumineszierenden Clustern wird die Steuerung der Lumineszenzeigenschaften in der Größenordnung von einem Käfig (Cage, 1 nm) erreicht, während die Kontrolle über Feuchtigkeit oder Gase auf Kristallebene (einige Mikrometer) erfolgt. SACS konnte die industrielle Herstellung von Nanostrukturen realisieren und somit den Weg für eine neue Generation von kommerziell verfügbaren Bauelementen mit radikal neuen Funktionalitäten bereiten.