Forschung

Die technologischen Herausforderungen unserer Zeit erfordern moderne Materialien mit maßgeschneiderten funktionalen Eigenschaften. Nachhaltige Energiekonzepte der Zukunft basieren auf der CO₂-neutralen Erzeugung elektrischer Energie aus unbegrenzten Ressourcen (z.B. aus Sonne oder Wind), auf der effizienten Speicherung elektrischer Energie (etwa in Batterien oder in Form von Wasserstoff) und nicht zuletzt auch auf technischen Lösungen zur Einsparung von Energie. Bei vielen dieser Konzepte kommt der Chemie eine Schlüsselrolle zu. Die chemische Synthese moderner Funktionsmaterialien ist hierfür ein Beispiel.

Die Arbeitsgruppe "Anorganische Funktionsmaterialien" beschäftigt sich mit der Entwicklung von nano- und mikrostrukturierten Feststoffen für eine Vielzahl von Anwendungsfeldern. Beispielsweise benötigen Lithium-Ionen-Akkus leistungsstarke Elektroden, Wasserstoff-Brennstoffzellen brauchen effiziente Elektrolytmembranen, und in zahlreichen Prozessen sind chemische Sensoren erforderlich, um ressourcenschonend und effektiv zu arbeiten. Eine besondere Rolle spielen dabei Nanomaterialien, also Stoffe mit Strukturen auf einer Größenskala im Bereich von wenigen Nanometern (Millionstel Millimetern). Solche Materialien besitzen aufgrund ihrer Nanostruktur oft neue Eigenschaften, in denen sie sich von Stoffen der klassischen Molekül- oder Festkörperchemie unterscheiden. Dadurch ergeben sich oftmals ganz neue Funktionen für die genannten Anwendungen.

Die Forschungsaktivitäten der Arbeitsgruppe liegen einerseits in der Synthese neuer nanostrukturierter Materialien und andererseits in der Untersuchung der besonderen Funktionen dieser Stoffe für verschiedene Anwendungen. Hierzu zählen beispielsweise nanoporöse Metalloxide und Kohlenstoffe. Solche Stoffe enthalten regelmäßige Hohlräume und Kanäle von wenigen Nanometern Durchmesser und sehr große spezifische Oberflächen von vielen hundert Quadratmetern pro Gramm. Sie besitzen vielversprechende Eigenschaften für die Verwendung als Elektroden in Batterien oder als ionenleitende Membranen in Brennstoffzellen. Nanostrukturen mit halbleitenden Eigenschaften sind außerdem besonders geeignet für die Herstellung von Gas-Sensoren. Ebenso sind poröse Stoffe auch als Katalysatoren für zahlreiche Prozesse von Bedeutung.