Hybridmaterialien und Katalyse
© ACS 2020 Anorganische Nanostrukturen durch Polymertemplate
Blockcopolymere bilden in Bulk und Lösung spontan sehr definierte Nanostrukturen. Form, Dimensionen und innere Struktur liegen typischerweise im Bereich von 10-100 nm und können präzise gesteuert werden (durch Wahl der Polymerchemie und Blocklänge). In der Natur steuern organische Gerüste die Bildung komplexer anorganischer Skelette durch Biomineralisation (z.B. Knochen, Kieselsäureschwämme). In ähnlicher Weise, entwerfen wir Blockcopolymer-Nanostrukturen als Gerüste, um anorganische Replikate herzustellen. Die Flexibilität der Blockcopolymere erlaubt die Bildung gekrümmter Grenzflächen, die das Wachstum anorganischer Nanostrukturen in ungewöhnliche Formen lenken. ABC-Triblock Terpolymere bilden generell eine größere Anzahl komplexer Nanostrukturen, die bereits Ende der 1990er von Reimund Stadler identifiziert wurden. Wir erforschen nun ihre Anwendung als geometrisch präzise Gerüste zur Mineralisierung, Bildung multimetallischer Materialien und als heterogene Katalysatoren.
see e.g. Tjaberings S, Heidelmann M, Tjaberings A, Steinhaus A, Franzka S, Walkenfort B, Gröschel AH., ACS Applied Materials & Interfaces 2020, 12, 39586-39594. doi: 10.1021/acsami.0c10385.
Kern-Schale Mikropartikel als Säure-Basen Katalysator© A.Gröschel Kaskadenkatalyse in Nanoreaktoren
Kompartimente sind ein grundlegendes Konzept in der Natur, das Organismen ermöglicht, Materialien separat zu speichern, umzuwandeln und zu transportieren. Selbstassemblierte Kompartimente ermöglichen dabei die lokale Isolation von Katalysatoren, um Kreuzreaktionen zu unterdrücken. Beispielsweise führen Organellen katalytische Zyklen mit mehreren Katalysatoren durch, die sich ansonsten gegenseitig deaktivieren. Wir versuchen diese biologischen Kompartimente mit Polymerkompartimenten zu imitieren, um "Wolf und Lamm" -Katalysatoren strikt voneinander zu trennen. Wir designen wasserlöslichen Multikompartment-Nanoreaktoren (MCNR) mit speziell entwickelten Blockcopolymeren und Selbstassemblierungskonzepten oder realisieren komplexe Mikropartikel durch Emulsionspolymerisation. Kaskadenkatalysen in Eintopf-Reaktionen in Wasser reduzieren den Verbrauch von Lösungsmitteln und Energie, und sind sicherer in der Handhabung. Der Nanometerabstand zwischen Nanokompartimenten (und Katalysatoren) erhöht zudem die Reaktionsgeschwindigkeit und Ausbeute, und könnte zudem Reaktionen ermöglichen, die z. B. aufgrund der Inaktivierung von Intermediaten unzugänglich sind.
see e.g. Chen C, Janoszka N, Wong CK, Gramse C, Weberskirch R, Gröschel AH, Angew. Chemie Int. Ed. 2020, 60, 237-241. doi: 10.1002/anie.202008104.
