Licht-unterstützte Funktionalisierung und Anordnung hybrider Materialien auf Basis von Zeoliten

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Cornelia Denz; Professor Dr. Armido Studer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 375753572

Nanostrukturierte poröse Mikropartikel wie Zeolith L Kristalle sind aufgrund ihrer hierarchischen supramolekularen Organisation unterschiedlichster Gastmoleküle von besonderer Bedeutung für die Konstruktion funktionaler Nano- und Mikromaterialien. Voraussetzung für das effiziente Design größerer funktionaler Systeme ist die vollständige Kontrolle über den Assemblierungsprozess. Dieser kann durch die vielfältige Kombination selektiver chemischer Modifikation der Zeolith L Oberfläche und anschließender optomechanischer Verknüpfung der einzelnen Kristalle erreicht werden. Mit diesem Projekt streben wir ein voll funktionsfähiges photonisches Baukastensystem an, um dadurch eine übergeordnete Strategie für die Licht-unterstützte Anordnung weicher und biologischer Materie zu etablieren.Basierend auf den vielversprechenden Ergebnissen vergangener Förderperioden des ehemaligen TRR61, in denen wir zuerst die Oberfläche von Zeolith L Kristallen chemisch modifiziert, mit postmodifizierbaren Polymerbürstenstrukturen versehen, und diese anschließend mit Hilfe holographischer optischer Pinzetten angeordnet haben, streben wir nun einen Paradigmenwechsel bezüglich der Assemblierung an: Licht wird das universelle Werkzeug. Es soll nicht mehr nur der optomechanischen Anordnung, sondern auch zur photochemischen Verknüpfung dienen. Im bevorstehenden Projekt streben wir die licht-unterstützte Synthese neuartiger Polymer-Hybridmaterialien (organisch, anorganisch, metallisch) an. Darüber hinaus soll Licht weitere Funktionen erfüllen und so zur Anwendbarkeit in Sensorik, Informationsverarbeitung und biomedizinischer Photonik beitragen. Einerseits werden wir die bereits etablierte Norrish-Typ-I Chemie nutzen, um Metallnanopartikel in situ zu erzeugen und Zeolith L Kristalle ortsspezifisch mit diesen zu dekorieren. Des Weiteren dient derselbe photochemische Reaktionsmechanismus zur Freisetzung oberflächengebundener Wirkstoffe. Wir werden neue Ansätze zur Oberflächenmodifikation und Kristallanordnung über die lichtinduzierte dynamische Diselenidaustauschreaktion untersuchen. Zudem werden wir durch die Kombination komplementärer, an die Oberfläche gebundener DNA-Stränge eine neue biohybride Strategie zur Anordnung der Kristalle verfolgen.Andererseits werden neuartige optische Manipulations- und Fangmethoden zum Einsatz kommen, um komplexe Aggregate funktionalisierter (und beladener) Zeolith L Nanocontainer zu erzeugen. Die optische Manipulation wird von räumlich aufgelösten dreidimensionalen holographischen optischen Pinzetten, die Amplitude und Phase kontrollieren, zu anisotropen Fallen mit komplexen Polarisationslichtfeldern erweitert. Schließlich sollen funktionale optische Systeme realisiert werden, die von Lichtfeldsensoren durch beladene Zeolith L Kristalle über die Assemblierung von Ketten von Zeolite L zu flexiblen und rekonfigurierbaren Wellenleitern bis hin zur Anordnung metallorganischer Komplexe zu multidimensionalen plasmonischen Wellenfeldern reichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen