Untersuchung synthetischer Ansätze für nicht-alternierende ring topologien in Graphen Nanostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Xinliang Feng
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429265950

Seit dem bahnbrechenden Bericht von Geim und Novoselov 2004, erregt Graphen ein beachtliches Forschungsinteresse. In den folgenden Jahren entdeckte man, dass Graphen eine große Anzahl an außerordentlichen Eigenschaften besitzt. Im Besonderen seine exzellente Ladungsträgermobilität zeichnet Graphen als ein vielversprechendstes Material für die Nanoelektronik aus. Jedoch ist Graphen ein Halbmetall ohne Bandlücke, was seine Verwendung in Transistoren bisher ausschließt. Es ist somit entscheidend eine Möglichkeit zu finden, Bandlücken einzuführen, damit Graphen-basierte elektronische Geräte entwickelt werden können. Die bekannteste dieser Möglichkeiten ist die Realisierung von diskreten Quantenzuständen der Ladungsträger in eindimensionalen Graphenhalbleiterstreifen in Nanometer Breite – genannt Graphennanostreifen (GNRs). In der aktuellen Entwicklung haben sich zwei Methoden zur Herstellung von GNRS herausgebildet, der „top-down“ und „bottom-up“ Ansatz. Der „bottom-up“ Ansatz, ein konvergenter, total-synthetischer Ansatz basierend auf der organischen Synthese, liefert atomgenaue Eckstrukturen mit definierter Breite. Dieser „bottom-up“ Ansatz kann klassischerweise nass-chemisch oder an Edelmetallsubstraten, wie Gold, Silber oder Kupfer durchgeführt werden. Eine andere Möglichkeit die elektronische Struktur von Graphen zu beeinflussen ist die Einführung von Fehlstellen/Defekten in die Graphengrundebene. Theoretische Berechnungen zeigen, dass topologische Defekte in Graphen die elektronischen, optischen, chemischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften stark beeinflussen. Das Pentagon-Heptagon Paar ist aufgrund seiner energetisch günstigen Eigenschaften eines der passenden Defektmodelle und kann per Atomversetzung eingeführt werden. Die Existenz von topologischen Defekten wurde experimentell durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Rastertunnelmikroskopie (RTM) Studien belegt, allerdings fokussierten sich die meisten dieser Studien nur auf die strukturelle Charakterisierung. Dementsprechend sind die physikalisch-chemische Aspekte der topologischen Defekte in Graphen nur wenig verstanden und ein umfassenderes Verständnis, sowohl der fundamentalen, als auch der anwendungsorientierten Perspektive wird benötigt. In diesem schweizerisch-deutschen Gemeinschaftsantrag, arbeiten TUD und EMAP gemeinsam daran, einen neuen Forschungsbereich in der atomgenauen Synthese von nicht-hexagonalen Ringen in Nanographen und GNRs zu etablieren. Dieser konzentriert sich auf die Synthese in Lösungen, als auch an Oberflächen, um Wege zu neuen Eigenschaften, wie hohem offenschaligen bi-radikalischen Charakter, höherer chemischer Aktivität und elektronischen Funktionen zu finden. Dieser Antrag zielt auf eine verbesserte Zusammenarbeit der Wissenschaftler aus beiden Ländern ab, um einen positiven Stimulus auf den Fortschritt in diesem Schlüsselfeld der Forschung auszuüben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Dr. Pascal Ruffieux