Projekte
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Aktuelle Forschungsprojekte am Department Chemie und Pharmazie
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Magnetic memory supraparticles for perceptual matter
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2024 - 30. April 2029
Mittelgeber: EU / European Research CouncilSo far, materials are seen as passive items. This project aims at providing a solution that can turn objects into matter that can perceive and communicate trigger events. If materials are turned capable of reporting their encountered history, this will significantly contribute to i) ensuring product safety and reliability, ii) making predictive maintenance possible, iii) making complex recycling fates of materials transparent, and iv) enabling autonomous, robot-controlled, resilient manufacturing (Industry 4.0).
The key to realize this vision is to make use of smart magnetic particles, largely based on iron oxide (SmartRust). To achieve SmartRust, micron-sized (1-10 µm) supraparticles are composed of magnetic nano building blocks, the “signal transducers”, which are combined with other non-magnetic moieties, the “sensitizers”. A toolbox-like approach using spray-drying allows for nanoparticle assembly of a transducer and a sensitizer type of choice to specifically target a desired type of stimulus. The SmartRust particles are then integrated in materials` matrices.
It is hypothesized – and yet an open research question! - that there is an interplay of two magnetic interaction principles: on a hierarchical level I, a trigger event will alter the intra-supraparticle magnetic interactions of the nanoparticles within individual supraparticles. On a hierarchical level II, a trigger event will alter the inter-supraparticle magnetic interactions among the supraparticles when the matrix of the materials, where the supraparticles are embedded in, is altered.
The scientific idea is that this magnetic interaction information can be read out fast, easily, in a non-destructive way and from within a material, enabled by the technique magnetic particle spectroscopy (MPS).
If this endeavour is successful in obtaining a meaningful signal-structure-trigger correlation, ultimately, design rules could be deduced how to create conscious matter using SmartRust.
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Entwicklung einer selektiven antimikrobiellen Therapie zur Behandlung der Zystischen Fibrose
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2023 - 31. August 2026
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Die Therapiemöglichkeiten für Zystische Fibrose (CF), die häufigstegenetische Stoffwechselerkrankung in Europa, sind unzureichend. Wir schlageneine neuartige therapeutische Strategie vor, die die Überwindung dermenschlichen epithelialen Atemwegsbarriere überflüssig macht, indem sie direktdie bakteriellen Infektionen adressiert, die Atemversagen und hoheCF-Patientensterblichkeit verursachen. Entwickelt wird eine eine inhalierbareAnwendung von Antisense-Oligomeren (ASOs), die selektiv auf die chronischenmikrobiellen pulmonalen CF-Lungeninfektionen abzielen. Um eine Grundlage fürdiesen neuen ASO-basierten CF-Therapieansatz zu schaffen, werden wir potenteund selektive ASOs designen und synthetisieren, ihre physiologischen undResistenzeffekte definieren und den gezielten Transport und die Freisetzungdefinieren, wenn sie als modulare Systeme formuliert werden
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The solar battery: Integrated solar energy capture, chemical storage, and electrical release by molecular approach
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2023 - 31. Dezember 2024
Mittelgeber: EU / Marie Sklodowska-Curie Actions -
Laser-patterned hierarchical porous electrodes for the foreseen Iontronics technology
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2023 - 31. Dezember 2024
Mittelgeber: Marie-Skłodowska-Curie Actions (MSCA)
URL: https://cordis.europa.eu/project/id/101068996 -
A mechanistic Simulation study of the initial steps in the DNA Base Excision Repair System
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2022 - 30. September 2025
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Sonnengetriebene CO2-Reduktion an Photoelektroden mit nanoskaliger Architektur und fortgeschrittenem Photonenmanagement
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. Februar 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Entwicklung und Untersuchung isotopenmarkierter Antagonisten für den Orexin-1 Rezeptor (OX1R) mit Subtypselektivität über OX2R
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2020 - 30. November 2024
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs) sind Membranproteine, die sich hervorragend als Angriffspunkte für Wirkstoffe eignen. Etwa 30% der zugelassenen Arzneistoffe sowie der derzeit entwickelten Arzneistoffkandidaten adressieren G-Protein-gekoppelte Rezeptoren. So gelten auch Orexin OX1-Rezeptoren, die zur Klasse A der GPCRs gehören, als hochinteressante pharmazeutische Targets. OX1-Rezeptoren werden im Zentralen Nervensystem exprimiert und sind dort in Essstörungen, Suchterkrankungen und die Schmerzverarbeitung involviert. Darüber hinaus sind OX1-Rezeptoren aufgrund ihrer Expression auf Colon-Tumorzellen prinzipiell für die Entwicklung einer Rezeptor-vermittelten Endoradiotherapie dieser peripheren Tumore geeignet. Das Projekt beschäftigt sich mit der interdisziplinären Entwicklung von Subtyp-selektiven Radioliganden für OX1-Rezeptoren. Diese sollen für die PET-Bildgebung im ZNS eingesetzt und als Radioliganden entwickelt werden, die periphere Tumore erreichen können und für die Radiotherapie geeignet sind. Das Projekt soll basierend auf unserem neuen OX1R-selektiven Antagonisten JH112 durchgeführt werden, den wir in Vorarbeiten synthetisiert und molekular-pharmakologisch untersucht haben. In einem Zusammenwirken von Medizinischer Chemie und Radiochemie/ Molekularer Bildgebung sollen chemische Modifikationen und Funktionalisierungen durchgeführt werden mit dem Ziel der Entwicklung von Radioliganden hoher Affinität und Selektivität, deren physikochemische und pharmakokinetische Eigenschaften für das Imaging optimal sind. Das Design der neuen Liganden erfolgt Struktur-basiert. Dazu nutzen wir eine hochaufgelöste Röntgenkristallstruktur unserer Leitverbindung JH112 im Komplex mit dem OX1-Rezeptor. Die daraus resultierenden strukturbiologischen Erkenntnisse ermöglichen uns für das Design der neuen Radioliganden ein effizientes rationales Vorgehen.
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Solar Energy Conversion via Metal/Carbon Nitrides Interfaces for Visible-Light Photoelectrocatalysis
(FAU Funds)
Laufzeit: 1. Januar 2024 - 31. Dezember 2024The central focus of SOLAREC project is the creation of plasmonic Schottky junctions, M/(Pd or Au)CN as monometallic functional binary nanomaterials. How? By synthesizing gold and palladium nanoparticles (NPs) with 2 to 10 nm size to exploit their quantum effect and plasmonic properties, like hot electron injection, co-catalytic functions, and electron trap site functionalities. To maximize such metal NPs’ functionalities, its fundamental to ensure close interaction with a visible-light absorber. For that purpose, carbon nitrides will be used as visible absorber and support material thanks to its appealing medium band gap of 2.7 eV, structural pores (making it an excellent host of antennae moieties), and amine-rich surface chemistry.
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Additiv-basiertes "Design for Recycling" von Lithium-Ionen-Batterien
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Additiv-basiertes "Design for Recycling" von Lithium-Ionen-Batterien
Laufzeit: 1. Februar 2023 - 31. Januar 2026
Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt -
Entwicklung eines stabilen Drug-Delivery-Systems zur oralen Aufnahme und gezielten Wirkstofffreisetzung auf Basis von chemisch modifizierten Tetraetherlipiden
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Entwicklung eines stabilen Drug-Delivery-Systems zur oralen Aufnahme und gezielten Wirkstofffreisetzung auf Basis von chemisch modifizierten Tetraetherlipiden
Laufzeit: 1. Januar 2023 - 31. Dezember 2025
Mittelgeber: Bundesministerien
URL: https://www.chemistry.nat.fau.eu/fischer-group/tel-drug-delivery-project/ -
Molekulardynamik-Simulationen von SCALMS, SCILL und SILP: Spezifische Interaktionen, kooperative Effekte, Selbstorganisation und katalytische Mechanismen (M03)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1452: Katalyse an flüssigen Grenzflächen (CLINT)
Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2024
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Im Projekt M03 soll ein tiefgehendes Verständnis nm-skaliger Effekte, wie der Selbstorganisation von IL Lagen und Filmen (Kawska-Zahn Methode) mittels Molekulardynamiksimulationen erarbeitet werden. Um die Ladungspolarisation in metallischen Nanodroplets und -partikeln zu beschreiben, werden Molekülmechanische Modelle um den QeQ Ansatz erweitert. Dies vereinfacht die quantenmechanische Charakterisierung von MD Simulationen wodurch Skalen bis zu Millionen von Atomen erreicht werden. Anhand von Kraftfeldwechseln, kombiniert mit QM/MM Rechnungen wird die Relaxationsdynamik nach Deaktivierungsreaktionen und von Selbstheilungsvorgängen untersucht.
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Atomistische Studien zur Katalyse an flüssigen Grenzflächen mittels Dichtefunktionalrechnungen (M01)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1452: Katalyse an flüssigen Grenzflächen (CLINT)
Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2024
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Projekt hat eine mikroskopische quantenmechanische Beschreibung katalytischer Materialien und Prozesse in den drei Areas A, B und C (SCALMS, Interface-enhanced SILP und Advanced SCILL) zum Ziel. Experimentelle Daten sollen interpretiert und Strategien zur Optimierung katalytischer Materialien entwickelt werden. Dazu sollen auf Basis konventioneller wie neuentwickelter Dichtefunktionalmethoden (i) ab initio Dynamik-Simulationen durch-geführt und (ii) Schicht- und Clustermodelle sowie (iii) molekulare Systeme studiert werden. Atomistische Informationen zu katalytischen Zentren, Reaktionsschritten und Diffusions- und Segregationsprozessen sowie Eingangsdaten für andere Theorieprojekte in Area M sollen bereitgestellt werden.
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Advanced SCILLs in der Elektrosynthese: Vom Verständnis zum Design selektiver Hydrier- und Dehydrierkatalysatoren mit IL-modifizierten Grenzflächen (C05)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1452: Katalyse an flüssigen Grenzflächen (CLINT)
Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2024
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)In Projekt C05 erforschen wir das Potential des „Advanced SCILL“-Konzeptes in der Elektrokatalyse. Unter Einsatz eines breiten Spektrums elektrochemischer in situ-Spektroskopien, in situ-Mikroskopien und elektrochemischer Charakterisierungsmethoden untersuchen wir die selektive Hydrierung ungesättigter Ketone und Nitrile an Elektrodensystemen unterschiedlicher Komplexität (Einkristalle, atomar definierte Modellsysteme, komplexe Legierungen, getragene Nanopartikel). Unser Ziel ist es zu verstehen, wie ILs mit (i) spezifischen Adsorptionsplätzen und (ii) Reaktanden wechselwirken, (iii) wie diese Wechselwirkungen Mechanismus und Kinetik beeinflussen und (iv) wie wir diese Effekte nutzen können, um die Selektivität zu erhöhen.
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Molekulare Wechselwirkungen und Reaktionsmechanismen in Advanced SCILLs: Von Modellexperimenten unter idealen Bedingungen zu Realkatalysatoren und operando-Untersuchungen (C03)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1452: Katalyse an flüssigen Grenzflächen (CLINT)
Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2024
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)In Projekt C03 untersuchen wir die elementaren Wechselwirkungsmechanismen funktionalisierter Ils mit katalytisch aktiven Grenzflächen und deren Auswirkung auf die selektive Hydrierung. Hierzu kombinieren wir in situ-Untersuchungen an Einkristallen und wohldefinierten Modellkatalysatoren mit operando-Spektroskopie an Realkatalysatoren unter Betriebsbedingungen. Mittels schwingungsspektroskopischer Verfahren (IRAS, PM-IRAS, DRIFTS) und Online-Produktanalyse (Molekularstrahlexperimente, TPD, TPR, Online-GC, Online-QMS) werden wir die Wechselwirkungen an Oberflächen, Molekülorientierungen, Konformationen, spezifische Molekülwechselwirkungen, Reaktionsintermediate und zugehörige Selektivitätsmuster identifizieren.
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Oberflächen- und Grenzflächen-Untersuchungen an Advanced SCILL Systemen (C02)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1452: Katalyse an flüssigen Grenzflächen (CLINT)
Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2024
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Unser Ziel ist das Verständnis der grundlegenden Prozesse und der chemischen und morphologischen Stabilität der IL/Festkörper-Grenzfläche in Advanced SCILL Systemen. Wir wollen für funktionalisierte und nicht-funktionalisierte ILs (a) die chemische Wechselwirkung und das Benetzungsverhalten von ultradünnen IL Filmen auf unterschiedlichen Substraten untersuchen, (b) die Stabilität von Advanced SCILL Systemen in Bezug auf Grenzflächenchemie und Morphologie ermitteln und (c) schließlich Strategien erarbeiten, die ein gezieltes und steuerbares Adsorptions- und Benetzungsverhalten ermöglichen. Als experimentelle Methoden kommen ARXPS, STM, und AFM zum Einsatz.
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Eigenschaften der Gas/Flüssig-Grenzfläche von Interface-enhanced SILP-Systemen (B04)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1452: Katalyse an flüssigen Grenzflächen (CLINT)
Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2024
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Ziel ist das Verständnis fundamentaler Prozesse, die die Eigenschaften der Gas/Flüssig-Grenzfläche von Interface-enhanced SILP-Systemen bestimmen. Dazu kombinieren wir Röntgenphotoelektronenspektroskopie im Ultrahoch-vakuum (Steinrück) mit Pendant-Drop-Messungen und dynamischer Lichtstreuung unter Reaktionsbedingungen (Koller). Aus diesen Messungen sollen Beziehungen zwischen den molekularen Oberflächeneigenschaften auf der Nanometerskala und der makroskopischen Oberflächenspannung und Viskosität sowie mit der Dynamik der Oberflächenfluktuationen abgeleitet werden. Basierend auf diesem Wissen wollen wir jene Faktoren ermitteln, die die Anreicherung von katalytischen Metallkomplexen an der Oberfläche ionischer Flüssigkeiten begünstigen.
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Funktionsspezifische ionische Flüssigkeiten und ihre Gruppe-10-Metall-Koordinationskomplexe für die Grenzflächen-unterstützte Katalyse (B01)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1452: Katalyse an flüssigen Grenzflächen (CLINT)
Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2024
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Projekt B01 konzentriert sich auf Design und Synthese aufgabenspezifisch-funktionalisierter ILs mit dem Ziel, (i) maßgeschneiderte Support/IL-Grenzflächen herzustellen und (ii) elektrokatalytisch aktive „Interface-enhanced SILPs“ zu entwickeln. In diesem Konzept sollen katalytische Funktionalitäten, die sowohl an den Gas/IL- als auch an den IL/Feststoff-Grenzflächen für die elektrochemische Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser (oder Protonen) wirksam sind, mit der Hydrierung diverser C=C- und C=O-Einheiten in ausgewählten Substraten kombiniert werden. Diese beiden Prozesse sollen durch den Einbau identischer funktionsspezifischer Strukturmotive in die IL und den aktiven Übergangsmetallkatalysator kontrolliert werden. Das langfristige Ziel soll die direkte elektrokatalytische Hydrierung von Substraten in einem "Tandem-artigen" katalytischen System sein.
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Verbesserung der Vergiftungsresistenz und Katalysatorstabilität bei Dehydrierreaktionen durch SCALMS (A06)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1452: Katalyse an flüssigen Grenzflächen (CLINT)
Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2024
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Projekt A06 fokussiert auf die technischen Aspekte von SCALMS und befasst sich mit der quantitativen Beschreibung der erwarteten, erhöhten Vergiftungsresistenz und Stabilität dieser Systeme in der Dehydrierkatalyse. Am Beispiel der Dehydrierung von Isobutan wird die gezielte Vergiftung von SCALMS-Systemen sowohl unter Modellbedingungen als auch unter den typischen Reaktionsbedingungen der technischen Dehydrierkatalyse untersucht und die dabei erhaltenen Ergebnisse mit denen traditioneller Katalysatoren verglichen. Unsere spektroskopischen und reaktionstechnischen Untersuchungen sollen die Konzentration, Reaktivität und Regenerierbarkeit der aktiven Zentren in SCALMS-Systemen ermitteln. Ternäre SCALMS-Systeme werden hergestellt und charakterisiert, um den Einfluss eines weiteren Legierungsmetalls auf die Adsorptionsstärke, Reaktivität und Stabilität zu verstehen.
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Einstellbare Träger und Geometrieeffekte in der SCALMS-Katalyse (A04)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1452: Katalyse an flüssigen Grenzflächen (CLINT)
Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2024
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB) -
Charakterisierung der aktiven Zentren in Flüssigmetallkatalysatoren (A01)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 1452: Katalyse an flüssigen Grenzflächen (CLINT)
Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2024
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)A01 wird die katalytischen Eigenschaften und das dynamische Verhalten der aktiven Zentren in SCALMS Katalysatoren aufklären, um deren wissensbasierte Verbesserung zu ermöglichen. Dafür werden Model- und Realkatalysatoren in UHV, „near-ambient pressure“ und unter technischen Betriebsbedingungen untersucht. Labor- und Synchrotron-gestützte Methoden mit entsprechender Oberflächen-/Volumen-Sensitivität werden Einblicke in verschiedene Probentiefen erlauben. Die grundlegenden Studien werden Details der Metall-Verteilung in den flüssigen Legierungen, deren Benetzungsverhalten auf Substraten, deren elektronischer Struktur, sowie deren Verhalten und Oberflächenchemie in Abhängigkeit von Temperatur und Druck offenlegen.
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Eigenschaften der Gas/Flüssig-Grenzfläche von Interface-enhanced SILP-Systemen
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Katalyse an flüssigen Grenzflächen (CLINT)
Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2024
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Ziel ist das Verständnis fundamentaler Prozesse, die die Eigenschaften der Gas/Flüssig-Grenzfläche von Interface-enhanced SILP-Systemen bestimmen. Dazu kombinieren wir Röntgenphotoelektronenspektroskopie im Ultrahoch-vakuum (Steinrück) mit Pendant-Drop-Messungen und dynamischer Lichtstreuung unter Reaktionsbedingungen (Koller). Aus diesen Messungen sollen Beziehungen zwischen den molekularen Oberflächeneigenschaften auf der Nanometerskala und der makroskopischen Oberflächenspannung und Viskosität sowie mit der Dynamik der Oberflächenfluktuationen abgeleitet werden. Basierend auf diesem Wissen wollen wir jene Faktoren ermitteln, die die Anreicherung von katalytischen Metallkomplexen an der Oberfläche ionischer Flüssigkeiten begünstigen.
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Rissbildung in Nanopartikel-Polymer Kompositen: von der Nano- zur Mesoskala
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 31. Dezember 2027
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-3-fracture-in-polymer-composites-nano-to-meso/The abrasion and fracture toughness of polymers can considerably be increased by adding hard nanoparticles such as silica. This is mainly caused by the development of localized shear bands, initiated by the stress concentrations stemming from the inhomogeneity of the composites. Other mechanisms responsible for toughening are debonding of the particles and void growth in the polymer matrix. Both phenomena strongly depend on the structure and chemistry of the polymers and shall be explored for branched networks (epoxy) and matrices of nestled fibres (cellulose, aramid).
The goal of the present project is to develop and apply dynamics simulation approaches to understanding polymer-nanoparticle and polymer-polymer interactions at i) the atomic scale and ii) at larger scales using coarse-graining.
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Teilprojekt P1 – Chemie an der Bruchspitze
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 31. Dezember 2027
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p1-chemistry-at-the-crack-tip/The chemical environment can critically affect the fracture processes, leading to subcritical crack growth. The inner surfaces of the cracks are covered by adsorbates from the surrounding liquid or gas phase. When bonds break in the course of crack propagation, these adsorbates strongly react with the newly created surfaces, for example, by saturating the broken bonds. Examples are stress corrosion cracking in metals and semiconductors or the moisture-driven crack growth in silica. In both cases, the crack propagation induces and drives the incorporation of oxygen species, leading to an oxidation/hydroxylation of the inner surfaces, which completely alters the chemistry at the crack tip.
In this project we propose to study the complex interplay between bond breaking at the crack tip and the adsorption/bond saturation with molecules from the environment by MD simulations. The aim is to obtain mechanistic insights into environmentally-assisted fracture for model ceramic materials.
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Teilprojekt P8 - Fracture in Polymer Composites: Meso to Macro
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 31. Dezember 2027
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-8-fracture-in-polymer-composites-meso-to-macro/The mechanical properties and the fracture toughness of polymers can be increased by adding silica nanoparticles. This increase is mainly caused by the development of localized shear bands, initiated by the stress concentrations due to the silica particles. Other mechanisms responsible for the observed toughening are debonding of the particles and void growth in the matrix material. The particular mechanisms depend strongly on the structure and chemistry of the polymers and will be analysed for two classes of polymer-silica composites, with highly crosslinked thermosets or with biodegradable nestled fibres (cellulose, aramid) as matrix materials.
The aim of the project is to study the influence of different mesoscopic parameters, as particle volume fraction, on the macroscopic fracture properties of nanoparticle reinforced polymers.
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Teilprojekt P7 - Collective Phenomena in Failure at Complex Interfaces
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Skalenübergreifende Bruchvorgänge: Integration von Mechanik, Materialwissenschaften, Mathematik, Chemie und Physik (FRASCAL)
Laufzeit: 2. Januar 2019 - 31. Dezember 2027
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.frascal.research.fau.eu/home/research/p-7-collective-phenomena-in-failure-at-complex-interfaces/Interface failure in both tension and shear is characterized by a dynamic interplay of local processes (breaking of bonds, interface contacts or – in case of frictional interfaces – asperities) and long-range elastic load re-distribution which may occur either quasi-statically or in a dynamic manner associated with wave propagation phenomena and can be mapped onto a network of partly break-able load transferring elements. This interplay may give rise to complex dynamics which are strongly influenced by contact geometry and also the chemical properties of the interface. A particularly simple case is the transition from static to sliding friction between continuous bodies where such dynamic collective phenomena are being discussed under the label of ‘detachment waves’.
The goal of P7 is to generalize this concept of ‘detachment waves’ to general problems of failure of frictional or adhesive joints, and to interfaces and bodies which possess a complex multi-scale chemical or geometrical structure, including hierarchical geometrical structures as encountered in biosystems.
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Synthetic Molecular Communications Across Different Scales: From Theory to Experiments
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Juni 2024 - 31. Mai 2029
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.symocads.research.fau.eu/https://www.idc.tf.fau.de/neues-graduiertenkolleg-symocads/
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Planar Carbon Lattices - Planare Kohlenstoffgitter (PCL)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. April 2023 - 1. März 2028
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://rtg2861-pcl.chm.tu-dresden.de/
Beendete Forschungsprojekte am Department Chemie und Pharmazie
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Boost Fund - SUPRABEADS FOR CATALYSIS
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2022 - 30. September 2024
Mittelgeber: Stiftungen -
Atomic-layer additive manufacturing for solar cells
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2022 - 31. Oktober 2023
Mittelgeber: ERC Proof of Concept (PoC) -
Inductively heatable protective films to combat COVID-19
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2021 - 31. Juli 2023
Mittelgeber: Volkswagen Stiftung -
sALD-Bausatz
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 27. November 2020 - 15. Februar 2021
Mittelgeber: andere Förderorganisation -
Spektroskopische Charakterisierung von f-Element-Komplexen mit soft donor-Liganden
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2023
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Entwicklung von Rekorder Suprapartikeln zur Überwachung destruktiver Temperatur- und Feuchtigkeitseinflüsse auf (Mikro-)Elektronikbauteile zur Reduktion von Elektroschrott
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2020 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: Deutsche Bundesstiftung Umwelt
URL: https://www.dbu.de/stipendien_20020/658_db.html -
Janus supraparticles via spray-drying
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2020 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: andere Förderorganisation -
Herstellung von Janus-Partikeln via Sprühtrocknung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2020 - 30. Juni 2021
Mittelgeber: andere Förderorganisation -
Bildung und Eigenschaften opto-magnetischer Hybridmaterialien mittels äußerer Stimuli
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2020 - 31. Oktober 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Kompositsysteme können Eigenschaftskombinationen ermöglichen, die für homogene Verbindungen nicht oder kaum zu erreichen sind. Das Projekt soll hierzu eine Kombination von Koordinationspolymeren (CPs) und MOFs mit nano- bis mikroskaligen Partikelsystemen und daraus folgend die Synthese von Kompositsystemen ermöglichen, und wird dazu für die zweite Förderperiode auf zwei Antragsteller der entsprechenden Expertise erweitert. Ziel-Komposite beider Einzelsysteme sollen gleichzeitig optische und magnetische Eigenschaften wie eine Kombination aus Lumineszenz und Superparamagnetismus aufweisen. Erreicht werden soll dies durch verschiedene äußerer Stimuli, die neben der Mechanochemie der ersten Förderperiode auch andere, zum Teil mechanisch wirkende Einflüsse umfasst, wie Sprühtrocknung oder Sonochemie. Gemeinsame Vorarbeiten zeigen, dass höchst ungewöhnliche und teilweise überraschende Eigenschaften aus der Kombination von magnetischen Partikeln mit lumineszierenden MOFs resultieren. Insbesondere Methoden der Mechanochemie scheinen ein enormes Potential im Hinblick auf die Kombinationsmöglichkeit der beiden Materialklassen zu hybriden Partikeln mit sich zu bringen. Der Einfluss der Wahl der Komponenten in Kombination mit den Syntheseparametern auf die daraus resultierende Struktur bzw. Architektur der Hybride soll dabei in gleichem Maße untersucht werden, wie die erzeugten physikalischen Eigenschaften. Ebenso soll gezielt versucht werden die Core-Shell-Architektur im Sinne der Abfolge Core/Shell bzw. Shell/Core gezielt zu beinflussen durch Einsatz verschiedener magnetischer Nanopartikeltypen und Suprapartikelarchitekturen und durch Einsatz verschiedener MOF Verbindungen in Abhängigkeit der Synthesetechnik. In Summe sollen somit die Erkenntnisse der ersten Förderperiode konsequent verwendet und weiterentwickelt werden, um einen Überblick über die Möglichkeiten zur Bildung solcher Komposite zu erhalten, die sowohl für die Grundlagenforschung spannend sind als auch Anwendungsrelevanz, z.B. in der Sensorik haben können. -
dust-catching coatings fighting against particulate pollution
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2020 - 31. Dezember 2021
Mittelgeber: Stiftungen -
Magnetische Suprapartikel mit einstellbarer ID Funktionalität
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2020 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: Deutsche Bundesstiftung Umwelt -
„NANO-ID – Nanopartikelbasierte Marker mit Fingerprint-ID zum Monitoring von Material- und Produktströmen“
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2020 - 30. Juni 2023
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Untersuchung von Stabilität und Zersetzungsphänomenen in M@C / PANI Nanokomposit-Elektroden in 2D- und 3D-Architekturen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. März 2020
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Die Speicherung von (womöglich regenerativ gewonnener) elektrischer Energie in chemischer Form (Brennstoff) und im Anschluss dazu ihre Rückgabe finden in elektrochemischen Bauelementen wie Elektrolyseuren und Brennstoffzellen statt. Wenn diese Bauelemente wirtschaftlich zu betreiben sind, müssen sie nicht nur effizient sondern auch langlebig sein. Die heutzutage als Elektrokatalysatoren eingesetzten Materialien sind leider nicht korrosionsbeständig, und die Faktoren, die die Stabilität dieser Multiphasenkomposite beeinflußen, sind schlecht verstanden. Das Projekt setzt an dieser Stelle an und schlägt ein Modellsystem für diese komplexen Werkstoffe vor, in welchem der Einfluß unterschiedlicher Effekte auf die Stabilität der Elektroden systematisch untersucht werden kann. Unsere Präparation kombiniert ein eloxiertes, makroporöses Templat, welches die dreidimensionale Geometrie definiert, mit Polyanilin (PANI) als leitfähiger Matrix und laserabgeschiedenen Metallnanopartikeln in einer Kohlenstoffmatrix (M@C) als Katalysator. Es sollen die Effizienz sowie die Stabilität dieser Elektroden in den Bedingungen der Elektrolyse quantifiziert werden. Es werden dann Elektroden miteinander verglichen, die in je einem Aspekt sich voneinander unterscheiden: (1) der Natur der Wechselwirkungen zwischen Templat und Polyanilin; (2) der Natur der Wechselwiirkungen zwischen PANI und Kohlenstoffphase; (3) der Architektur der Elektrode (planare Filme oder Rohrchen in einer 3D-Matrix); (4) der Geometrie der Elektrode (Länge und Durchmesser der Röhrchen). Die Ergebnisse dieser Vergleiche sollen es einem ermöglichen, die vielversprechendsten Strategien zur Verbesserung der Stabilität realer Elektroden zu identifizieren, die die Effizienz bewahren. Dieses ambitionierte Ziel wird durch die Kombination komplementärer Expertisenbereiche bei den Russischen und Deutschen Partnern in den jeweiligen Bereichen der Laserabscheidung von Metall-Kohlenstoff-Kompositen und der elekochemischen Untersuchungen (inkl. Eloxierung). -
Elektroenzymatische CO2 Reduktion durch rekombinante CODHs aus marinen Habitaten.
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2020 - 31. Januar 2023
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
Elektroaktive MOF Netzwerke
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)We aimto develop model systems with periodic, interpenetrating networks of electrondonor- and acceptor-phases based on the structural paradigm of metal-organicframeworks (MOFs). The MOFs allow maximum control over the nature of themolecular building blocks with specific electronic properties, their sequenceof assembly, their relative spatial orientation, their wall-thickness, andtheir overall orientation relative to a substrate. The goal of this project isto create such highly defined model systems, to enhance our understanding ofthe relationship between the electronic and structural parameters and theresulting light-induced charge-carrier dynamics, and ultimately to contributeto the understanding and further improvement of solar cells.
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Laminografie im weichen Röntgenbereich zur spektroskopischen 3D-Abbildung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2019 - 30. Juni 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
SPP 2074 Grundlagen für die verbesserte Gebrauchsdauerberechnung feststoffgeschmierter Wälzlager durch Multiskalen-Untersuchungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
URL: https://www.uni-kl.de/spp2074/projekte/projekt-11/Im Rahmen dieses Projektes sollen die Grundlagen für eine verbesserte Gebrauchsdauerberechnung für feststoffgeschmierte, insbesondere MoS2-geschmierte Wälzlager geschaffen werden. Solche feststoffgeschmierten Lager finden sich beispielsweise in Vakuumpumpen oder Drehanoden für medizinische Röntgenröhren. Das einzige bisher bekannte Gebrauchsdauerberechnungsmodell basiert auf einem empirischen Ansatz, der die Materialabtragsrate auf Basis makroskopischer Kontaktgrößen wie Kraft oder Gleitweg beschreibt. Wichtige Effekte, wie Schichttransfer und -auftrag werden dabei nur bedingt oder nicht berücksichtigt. Gegenüber dem Stand der Forschung wird für das angestrebte Berechnungsmodell ein stärker mechanismenbasierter Ansatz herangezogen, der den Einfluss der Mikrostruktur, Textur und Stöchiometrie der Schicht berücksichtigt. Dadurch lassen sich die empirischen Anteile im Berechnungsmodell auf ein Minimum reduzieren. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen einerseits die Elementarmechanismen, die zur Veränderung der Schichteigenschaften während der Wälzbeanspruchung führen, aufgeklärt und andererseits ihre Auswirkungen auf das Abtrags-, Transfer- und Auftragsverhalten der Festschmierstoffschicht verstanden werden. Dafür kommen aufeinander abgestimmte Charakterisierungs- und Simulationsmethoden auf mehreren Skalen zum Einsatz. Als gemeinsame Basis werden zwei unterschiedliche MoS2-PVD-Schichten herangezogen, eine möglichst stark basal texturierte Schicht mit grober Mikrostruktur sowie eine schwach texturierte Schicht mit feiner, stängelkristalliner Mikrostruktur. Auf der Makroskala wird das tribologische Verhalten dieser Schichten gegenüber Stahl unter realitätsnahen Bedingungen in Zwei-Scheiben-Versuchen charakterisiert. Die strukturellen und kristallographischen Veränderungen dieser Schichten werden auf der Mikro- und Nanoskala durch elektronenmikroskopische und atomsondentomographische Messungen als Funktion der Beanspruchungsdauer untersucht. Verformungs- und Abtragsprozesse werden außerdem durch mikromechanische Experimente charakterisiert. Atomistische Simulationen klären die zugrundeliegenden atomaren Mechanismen, die für die beobachteten Schichteigenschaftsänderungen verantwortlich sind und schließlich die Gebrauchsdauer bestimmen. Dank dieser neuen Erkenntnisse soll schließlich ein mechanistisches Gebrauchsdauermodell für MoS2-geschmierte Wälzlager formuliert werden.
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Chemie für die 3D-Spintronik
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. März 2019 - 28. Februar 2022
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Organic-Inorganic Hybrid Heterojunctions in Extremely Thin Absorber Solar Cells Based on Arrays of Parallel Cylindrical Nanochannels
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2018 - 30. Juni 2020
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020 -
Kontrollierte additive Abscheidung metallischer Nanostrukturen mittels fokussierter weicher Röntgenstrahlen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2018 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Katalytische und elektrochemische Wiedergabe von in verspannten organischen Verbindungen gespeicherter Sonnenenergie
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2018 - 31. Mai 2021
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
Identifizierung von Phosphatalternativen zur Herstellung von Wurstwaren - II
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2018 - 30. April 2019
Mittelgeber: StiftungenDie Verwendung von Phosphaten in der Herstellung von Wurst ist derzeit nahezu unumgänglich. Phosphate verbessern nicht nur die Konsistenz des Wurstbräts, sondern tragen auch dazu bei, dass ein unerwünschter Austritt von Wasser und Fett aus dem fertigen Produkt verhindert wird. In jüngster Zeit kann die Verwendung dieser Kutterhilfsstoffe jedoch auf eine ablehnende Verbraucherhaltung stoßen, da die Verwendung von Phosphaten deklarationspflichtig ist und somit zu einem negativen Eindruck führen kann. Dem gegenüber stehen Produkte, die mit der sog. "Clean-Label-Kennzeichnung" vereinbar sind. Diese werden von Verbrauchern zunehmend bevorzugt, sodass auch deren Nachfrage stetig steigt.
In einem bereits 2017 bearbeiteten Projekt wurden 20 potentielle Kandidaten analysiert, die als Phosphatalternativen eingesetzt werden könnten. Die erfolgversprechenden Additive wie Leinmehl oder gefriergetrocknete Pilze führten vermutlich auf Grund ihrer eigenen (Re-)Hydratisierung im Testverfahren zu einer Gewichtszunahme und damit Quellung des Bräts.
Im weiterführenden Projekt sollen nun die Beeinflussung des pH-Wertes von Fleisch sowie die Modulation der verfügbaren Calciumionen im Fleisch Ausgangspunkte zur Verbesserung der Wasserbindekapazität sein. Hierzu soll auf dem Testsystem aus dem bereits abgeschlossenen Projekt aufgebaut werden, welches zukünftig um einen Erhitzungsprozess erweitert werden soll, um auch die Wasserhaltekapazität des erhitzten Produktes beurteilen zu können. Zudem sollen synergistische Effekte, die durch Kombination der erfolgversprechendsten innovativen Additive hervorgerufen werden, untersucht werden.
Ziel des hier vorgestellten Projektes ist es neue und innovative Additive für die Wurstherstellung zu identifizieren, die durch die Beeinflussung des pH-Wertes und/oder der Calciumionenkonzentration die Quellfähigkeit und Wasserhaltekapazität von Wurstbrät verbessern.
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Chiroptical, optical and magnetic probes for protein sensing based on cage metal complexes
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2018 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: Research and Innovation Staff Exchange (RISE)
URL: https://clathroprobes.chem.uni.wroc.plThe CLATHROPROBES project is devoted to the design and development of novel, highly efficient chiroptical, luminescent, IR, NMR and EPR probes for sensing and structural studies of biomolecules based on cage metal complexes (clathrochelates and lacunar complexes of spatial tris-diiminate ligands with encapsulated 3d-metal ion) as molecular reporters.
For successful design and synthesis of cage metal complexes (WP1), their complete structural and spectroscopic characterization (WP2), studies of their interactions with biomolecules and reporting properties, and their cytotoxicity and bioactivity in model systems (WP3), the project brings together researchers from four academic institutions and two industrial companies, representing six countries (PL, DE, UA, RO and AU; RU - participation till April 8th, 2022). The participants will contribute to the project with different, highly specific, yet complementary expertise, namely in chemical synthesis of clathrochelate complexes (PBMR and FAU; INEOS RAS participation till April 8th, 2022), identification and structural studies of compounds and materials (PBMR, FAU, UWR, UNIVIE, and SPS; INEOS RAS - participation till April 8th, 2022), characterization of interactions between ligands/clathrochelates/materials and biomolecules by CD, UV-VIS, fluorescence ITC, IR, NMR methodology (UWR, FAU, PBMR, UNIVIE, SPS), and biological studies (FAU).
Joint efforts of participants of this multidisciplinary project will provide - the transfer of knowledge between scientists of different research areas, sectors and countries that will enhance level of their professional scientific/technical expertise, -training of young researchers, very important for their further scientific success or industrial career, - enhancement of research activity and network of participating Institutions, - new long-term collaborations between the partners, - increase of academia-industry interactions, so valuable for innovative ideas and discoveries, and pair scientific excellence with social awareness and understanding of current tasks and problems of science. -
New hybrid-nanocarbon allotropes based on soluble fullerene derivatives in combination with carbon nanotubes and graphene. Application in organic solar cells and biomaterials.
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2017 - 30. April 2019
Mittelgeber: European Fellowships (EF)The overarching goal of the Hy-solFullGraph project is to undertake, from a molecular level, the synthesis of new functional hybrid materials based on carbon allotropes with outstanding properties. Synthetic carbon allotropes (SCAs) are regarded to be among the most promising candidates for future high performance materials. Precise control of the derivatisation will play a key role in tailoring their solubility and reactivity to maximise the advantages of their outstanding … -
Three-dimensional nano-architectured electrode coupled to molecular co-catalysts for photoelectrochemical energy conversion
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2016 - 30. Juni 2017
Mittelgeber: Bayerische Staatsministerien -
STXM im weichen Röntgenbereich mit Sub-10-Nanometer Auflösung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2016 - 30. Juni 2019
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
PPP Frankreich
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2017
Mittelgeber: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) -
Aufbau internationaler Kooperation "German-Brazilian Workshop on Applied Surface Science"
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. Januar 2016
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH) -
A preparative approach to geometric effects in innovative solar cell types based on a nanocylindrical structure
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. September 2015 - 31. August 2020
Mittelgeber: ERC Consolidator Grant -
Developement of atomic layer deposition processes for gallium oxide and indium oxide
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juni 2015 - 31. Januar 2016
Mittelgeber: Industrie -
Mechanistische Aufklärung der grundlegenden Reaktionsschritte, die in die metalloporphyrin-katalysierte Oxidation von Schwefelwasserstoff in wässrigem Medium unter aeroben Bedingungen involviert sind
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. August 2014
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)H2S ist ein hochgiftiger und korrosiver umweltgefährdender Schadstoff, dessen Entfernung für die Schadstoffkontrolle und Anforderungen der industriellen Herstellungsprozesse notwendig ist. In unserem kürzlich erteilten Patent beschreiben wir eine Erfindung, dass speziell modifizierte wasserlösliche Fe-, Mn-, Co- and Ni- Porphyrine (insbesondere hoch positiv geladene) für eine sehr effiziente katalytische Oxidation von H2S durch O2 in pH neutralen Medien genutzt werden können. Man benötigt keine zusätzliche Katalysator-Reoxidierung, da die Katalysator-Regenerierung während des katalytischen Zyklus stattfindet. Die Reaktion transformiert H2S entweder in festen (elementaren Schwefel) oder löslichen Produkte (Sulfit/Thiosulfat). Durch Wählen der entsprechenden pH-Bedingungen kann bestimmt werden, welches Produkt resultiert. Die grundlegenden Reaktionsschritte bei der katalytischen Aktivität bestimmter Metalloporphyrine ebenso wie der Charakter der Intermediate und der geschwindigkeitsbestimmende Schritt sind allerdings vollständig unbekannt. Die Aufklärung dieser Punkte wird die Erkenntnis darüber liefern, welche Faktoren für die katalytische vs. stöchiometrische Reaktivität verschiedener Typen von Metalloporphyrinen verantwortlich sind. Als Wissenschaftler sind wir nicht allein mit der potentiellen Anwendung unserer Erfindung zufriedengestellt und darum suchen wir nach mechanistischen Erklärungen auf molekularer Ebene, um rationell katalytisch aktive Metallkomplexe, basierend auf dem Verständnis ihrer Kinetik, Thermodynamik, ihres Redox-Verhaltens und ihres Verhaltens in Lösung, entwickeln zu können. Deshalb repräsentieren diese Studien einen mechanistischen Ansatz mit kinetisch/thermodynamischer Analyse jedes einzelnen Reaktionsschrittes. Darüber hinaus stehen die geplanten Untersuchungen im Zusammenhang mit der Identifizierung und Charakterisierung der chemischen Natur der reaktiven Intermediate. Sie sind auch essentiell für die Beurteilung der katalytischen Fähigkeit der aktiven Spezies als Funktion verschiedener Faktoren, die sich aus der chemischen Identität und dem eingesetzten Porphyrin Katalysator ergebender Faktoren (Effekte des Porphyrinrings, des Meallzentrums, seines Spinzustandes und der axialen Liganden) und aus den gewählten Reaktionsbedingungen (T, pH oder Reaktionsmediums, der Konzentration von O2 und Katalysator etc.) ergeben. Spezielle Aufmerksamkeit wird auf die Redox-Eigenschaften der untersuchten hochgeladenen Metalloporphyrine als Funktion des pH und der Axialliganden gerichtet, um die Frage eines inner- vs. outer-sphere Elektronentransfers zu klären. Solche systematisch mechanistischen Studien der katalytischen H2S-Oxidation durch Metalloporphyrine wurden auf molekularer Ebene bisher nicht in der Literatur behandelt. Neben der Relevanz für akzeptable Technologien (Umwelt, Wirtschaft), werden die vorgeschlagenen Untersuchungen zu Fortschritten in unserem Verständnis von biologischen Effekten von H2S führen. -
Grenzflächen Ionischer Flüssigkeitssysteme
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: seit 1. September 2013
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Ionische Flüssigkeiten (engl. Ionic liquids, ILs) sind geschmolzene Salze mit Schmelzpunkten unterhalb von 100°C. Ihre strukturelle Vielfalt eröffnet nahezu unbegrenzte Möglichkeiten für die Kombination von Kationen und Anionen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Dies erlaubt die gezielte Variation der physikalisch-chemischen Eigenschaften über einen weiten Bereich und die Anpassung an spezifische Anforderungen. Nachdem anfänglich nur die Volumeneigenschaften der ILs im Vordergrund standen, wurde mittlerweile auch die Bedeutung der Grenzfläche mit ihrer Umgebung für eine Vielzahl von Anwendungen erkannt, insbesondere auch für neue Konzepte in der Katalyse. Wegen ihres niedrigen Dampfdruckes können ILs mit Ultrahochvakuum-basierten Methoden untersucht werden; als Folge beginnt sich der Bereich der Ionic Liquid Surface Science als eigene Subdisziplin zu etablieren. Die Gruppe des Antragstellers hat hierzu signifikant beigetragen, insbesondere auf dem Gebiet der winkelaufgelösten Photoelektronenspektroskopie. Die bisherigen Untersuchungen betreffen im Wesentlichen spezifische Eigenschaften für ausgewählte Systeme, ein allgemeines Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen und Triebkräfte fehlt aber meist. Dieser Mangel an grundlegendem Wissen über die Eigenschaften von IL/Gas (bzw. IL/Vakuum) Grenzflächen, IL/Festkörper-Grenzflächen und von Prozessen in IL Multiphasensystemen ist der Ausgangspunkt für das vorliegende Projekt. Vier Themenbereiche sollen untersucht werden: 1) Temperaturabhängigkeit von Oberflächenzusammensetzung, Oberflächenorientierung und Anreicherungseffekten: adressiert die molekulare Orientierung an der IL Oberfläche, die Oberflächenzusammensetzung binärer IL Mischungen, und den Einfluss von Volumenphasenübergängen auf die Oberflächenorientierung. Die Temperaturabhängigkeit dieser Effekte ist von größter Wichtigkeit für viele Anwendungen, wurde bisher aber in Oberflächenuntersuchungen weitgehend ignoriert. 2) Lösung von Metallkomplexen: befasst sich mit der Entwicklung von Konzepten, um die meist geringe Löslichkeit dieser Komplexe in ILs zu verbessern und insbesondere eine hohe Oberflächenaktivität der Metallkomplexe zu erreichen. Wir werden komplexe Liganden mit IL-artigen Gruppen einsetzen und Metall-enthaltende Komplexe untersuchen. 3) IL/Support Wechselwirkungen: betreffen die Grenzfläche von ILs mit Festkörperoberflächen oder der Oberfläche einer zweiten IL; für diese Untersuchungen werden neben bestehenden in situ Verfahren auch neue Techniken zur Herstellung ultradünner IL Filme eingesetzt werden. 4) Verfolgung chemischer Reaktionen in IL-basierten Systemen: macht sich das Potential der Röntgenphotoelektronenspektroskopie für in situ Untersuchungen zu Nutze. Wir werden Reaktionen zwischen ILs, die Metallierung von Freie-Base-Porphyrinen und die Adsorption und Reaktion kleiner Moleküle an, in der IL gelösten, Metallkomplexen untersuchen. -
Bilaterales Symposium: 8. Workshop for Applied Surface Science (8 BGW) - (Tagungsmittel)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Juli 2013 - 31. Dezember 2013
Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) -
Waschkraftverstärker 2 - Fortsetzung
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Oktober 2012 - 31. Oktober 2013
Mittelgeber: Industrie -
Elektrodenablagerungen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 15. August 2012 - 14. August 2013
Mittelgeber: Siemens AG -
Cobalt Oxide Model Catalysis Across the Materials and Pressure Gap (COMCAT)
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2012 - 31. August 2017
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Cobalt oxide has recently turned out to be a novel, highly active heterogeneous catalyst for key processes in future energy and environmental technology. This includes e.g. low-temperature CO oxidation, the related PROX reaction (preferential oxidation of CO in excess H2), the total oxidation of VOCs (volatile organic compounds), and the reforming of hydrocarbon oxygenates for hydrogen production. Most importantly, cobaltoxide- based catalysts hold a unique potential for replacing or reducing the demand for critical materials (noble metals and rare earth oxides). Despite these outstanding prospects, the origin of the surprising cobalt oxide surface chemistry has remained a mystery up to date. Neither the extreme dependence of activity on surface structure nor the mechanisms by which metal (e.g. Pd) and oxide (e.g. CeO2) modifiers enhance stability and activity are truly understood. The aim of this joint project is to acquire an understanding of the catalytic activity of cobalt oxide materials at the molecular level. Towards this aim the project partners bring together the complementary expertise for a state-of-the-art model catalysis (surface science) approach: (A) the atomic-level structural characterization of reactive sites on complex model catalysts, (B) mechanistic and microkinetic studies of catalytic reactions under UHV conditions, and (C) transfer of this knowledge to realistic reaction conditions by in-situ spectroscopy up to realistic ambient pressure conditions. We will take advantage of the leading expertise of one project partner in preparation of ordered cobalt oxide films, providing access to a unique library of bulk and surfaces structures. We will probe adsorption and reaction on these surface structures, characterize relevant defects at the atomic scale with respect to their geometric and electronic properties, and subsequently modify these structures by metal (Pd) and oxide (CeO2) cocatalysts. In this project, we will mainly focus on low-temperature CO-oxidation and PROX, but perform first explorative work towards oxidation and reforming reactions. Simultaneously, we will cross the materials gap and the pressure gap for cobalt oxide catalysts for the first time and, finally, link the obtained knowledge to industrial-grade powder catalysts by in-situ spectroscopy from UHV to realistic reaction conditions. The interdisciplinary approach of this project will allow us to identify structure-functionality relationships of catalytic processes at an unprecedented level of detail and will guide rational strategies towards future development of complex multifunctional cobalt oxide catalysts.
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Large Scale Production, Cloning, Chemical Functionalization and Materials Applications of Graphene
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Februar 2010 - 31. Januar 2015
Mittelgeber: EU - 7. RP / Ideas / ERC Advanced Investigator Grant (AdG)We propose the development of modern wet chemical concepts for the mass production and chemical modification of graphene - a rapidly rising star on the horizon of materials science - opening the door for superior but still elusive applications such as transparent electrodes, field effect transistors, solar cells, gas sensors and polymer enforcement. Owing to its spectacular electronic properties graphene is expected to be the most promising candidate to replace classical Si-technology and no longer requires any further proof of its importance in terms of fundamental physics. However, fully exploiting the proposed applications requires the availability of processable graphene in large quantities, which generally has been considered to be an insurmountable challenge. This is where the GRAPHENOCHEM project sets in. Our laboratory has been pioneering and is at the forefront of carbon allotrope chemistry. After having investigated basic principles for the functionalization of the 0-dimensional fullerenes and the 1-dimensional carbon nanotubes, which lead to synthesis of numerous examples of derivatives with tailor made properties, we recently started successfully with the investigation of wet chemical approaches for the efficient production of graphene sheets using graphite as an inexpensive starting material. The strategy of GRAPHENOCHEM is to combine chemistry, nanotechnology and materials science to establish highly efficient protocols for the mass production of soluble graphene and the subsequent processing to a whole variety of thins films, composites and devices with outstanding properties. To our knowledge we are the first synthetic organic chemists facing this challenge. We propose to go through the following sequential key objectives, namely: Development of efficient protocols for the mass production of soluble single layer graphene, cloning of graphene, chemical functionalization and doping of graphene, and engineering of graphene based materials and devices.
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Directed synthesis of graphene nanoribbons
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. August 2008 - 30. August 2011
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Graphene confined in one dimensional spaces, e.g. ribbons, represents one of the most promising materials for nanoscale semiconductor devices. However, convenient methods of producing such materials on surfaces suitable for device manufacture are lacking. A new oligomer approach to the synthesis of graphene ribbons on semiconductor surfaces is proposed, based upon oxidative aryl-aryl coupling reactions and Diels-Alder chemistry. This method will surpass current approaches based upon high-temperature desilination of silicon carbide or upon high-temperature deposition of carbon atoms for graphene synthesis. Structures will be created through a novel “nanoembossing” technique, which uses hot-tip nanolithography to convert the graphene precursors into functional nanostructures. This technique will take advantage of the tremendous success and extensive literature in synthesizing free-standing graphitic molecules by a number of groups, including those represented here, as well as the new technique of hot-tip nanolithography. The intellectual merit of the proposed activity involves the development of an unprecedented “bottom-up” approach to the synthesis of graphene, using the unique capabilities of a group of four investigators, each of whom supplies a critical piece of technology. The broader impact of the research stems from the potential breakthrough technology proposed, which may open up a new and potentially revolutionary approach to nanocircuit design, and to the strengthening of ties among several heretofore unlinked groups, providing a unique educational experience for Ph.D. students.
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Schalt- und funktionalisierbare Liposomen und strukturpersistente Mizellen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. Mai 2003 - 30. Juli 2013
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Amphiphile Lipofullerene (A.L.F.) sind Fullerenhexaaddukte, die mit Alkylketten und mit hydrophilen Dendronen modifiziert sind. Die Dendrone besitzen als Endgruppen Säurefunktionen. Diese Verbindungen besitzen gegenüber herkömmlichen Amphiphilen einige neue Merkmale, die zu deutlich veränderten Eigenschaften der Liposomen führen. Sie bilden sehr stabile Liposomen, die darüber hinaus im Gegensatz zu herkömmlichen leicht in ihren Aggregationseigenschaften durch Veränderung des pH-Wertes manipuliert werden können. A.L.F. wurden bereits als Co-Lipide in Phospholipidliposomen und auch als Membranbaustein in reinen A.L.F.-liposomen verwendet. Ziel ist es diese neuartigen Liposomen zum Transport hydrophober Wirkstoffmoleküle einzusetzen. Der Transport kann entweder durch Einlagerung der Wirkstoffmoleküle im Inneren der Liposomen oder mit Unterstützung von Ankermolekülen auch an der Außenseite der Liposomen stattfinden. Um erfolgreich zu diesem Ziel zu gelangen ist es von entscheidender Bedeutung die Aggregationseigenschaften der schon von uns synthetisierten A.L.F. und den noch zu synthetisierenden A.L.F. mit Anker detailliert zu untersuchen. Dabei soll neben spektroskopischen Methoden wie NMR- oder UV-VIS-Spektroskopie vor allem die Cryo-Transmissions-Elektronenmikroskopie (Cryo-TEM) und statische bzw. dynamische Lichtstreuung (SLS, DLS) zum Einsatz kommen. Mit Hilfe dieser Methoden wird es möglich sein, die Stabilität und Art der Liposomen in Abhängigkeit von Temperatur, Konzentration und pH-Wert zu untersuchen. Mit den genannten Methoden und analytischer und präparativer Chromatographie (reversed Phase HPLC) soll auch die Einlagerung von hydrophoben Molekülen qualitativ und quantitativ nachgewiesen werden.
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Höchstaufgelöste Photoelektronenspektroskopie mit Synchrotronstrahlung zur in-situ Untersuchung von Oberflächenreaktionen
(Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
Laufzeit: 1. April 2001 - 30. Juni 2007
Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)Das vorliegende Projekt befaßt sich mit in situ-Röntgenphotoelektronenspektroskopie zur Untersuchung von Adsorptions- und Reaktionsvorgängen an Oberflächen. Die Experimente sollen z.T. unter Verwendung von hochintensiver Synchrotronstrahlung bei BESSY II in Berlin und z.T. im Labor in Erlangen durchgeführt werden. Dazu steht ein neues Elektronenspektrometer mit integriertem überschalldüsenstrahl zur Verfügung. Ein wesentliches Ziel der geplanten Arbeiten ist es, anhand der Untersuchungen zweier Modellreaktionen die Möglichkeiten und Grenzen der höchstaufgelösten in situ-Röntgenphotoelektronenspektroskopie auszuloten, insbesondere in Kombination mit einem überschalldüsenstrahl, der es erlaubt, die Translations- und Vibrationsenergie und den Druck der auftreffenden Gasteilchen über einen großen Bereich zu variieren. Bei den beiden Modellreaktionen handelt es sich um A) die Dissoziation von Kohlendioxid und Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und B) die Dehydrogenierung und Hydrogenierung einfacher Kohlenwasserstoffe, jeweils auf verschiedenen Metalloberflächen. Die Messungen können statisch (d.h. im Adsorptions-Desorptionsgleichgewicht) bei Anliegen eines bestimmten Druckes vor der Probe oder dynamisch (d.h. während der Adsorption oder Reaktion bei einer festen Temperatur oder beim Durchlaufen einer Heizrampe) untersucht werden. Typische Meßzeiten für ein Spektrum bei dynamischen Messungen liegen bei ca. 5 Sekunden.
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Aufbau einer Methodenplattform zur Analyse von Körpergerüchen
(FAU Funds)
Laufzeit: 1. April 2019 - 31. März 2021
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"Kommunizierende" Partikel für einen Batteriepass
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Innovationsplattform einer grünen, detektierbaren und direkt recycelbaren LithiumIonen Batterie
Laufzeit: 1. Oktober 2021 - 30. September 2024
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) -
ODEUROPA: Negotiating Olfactory and Sensory Experiences in Cultural Heritage Practice and Research
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: ODEUROPA
Laufzeit: 1. Januar 2021 - 31. Dezember 2022
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020
URL: https://odeuropa.eu/Our senses are gateways to the past. Although museums are slowly discovering the power of multi-sensory presentations, we lack the scientific standards, tools and data to identify, consolidate, and promote the wide-ranging role of scents and smelling in our cultural heritage. In recent years, European cultural heritage institutions have invested heavily in large-scale digitization. A wealth of object, text and image data that can be analysed using computer science techniques now exists. However, the potential olfactory descriptions, experiences, and memories that they contain remain unexplored. We recognize this as both a challenge and an opportunity. Odeuropa will apply state-of-the-art AI techniques to text and image datasets that span four centuries of European history. It will identify the vocabularies, spaces, events, practices, and emotions associated with smells and smelling. The project will curate this multi-modal information, following semantic web standards, and store the enriched data in a ‘European Olfactory Knowledge Graph’ (EOKG). We will use this data to identify ‘storylines’, informed by cultural history and heritage research, and share these with different audiences in different formats: through demonstrators, an online catalogue, toolkits and training documentation describing best-practices in olfactory museology. New, evidence-based methodologies will quantify the impact of multisensory visitor engagement. This data will support the implementation of policy recommendations for recognising, promoting, presenting and digitally preserving olfactory heritage. These activities will realize Odeuropa’s main goal: to show that smells and smelling are important and viable means for consolidating and promoting Europe’s tangible and intangible cultural heritage.
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all-in-one machine for hybrid technologies enabling high value added multi-scale integrated micro optoelectronics
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: all-in-one machine for hybrid technologies enabling high value added multi-scale integrated micro.optoelectronics
Laufzeit: 1. Oktober 2020 - 30. September 2023
Mittelgeber: Leadership in Enabling & Industrial Technologies (LEIT) -
The atomic-layer 3D plotter - Management and surface chemistry
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: The atomic-layer 3D plotter
Laufzeit: 1. Mai 2020 - 30. April 2022
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020 -
Transfer/Dehydrier-Katalysatorentwicklung – Mechanistische Untersuchungen mit Methoden der Surface Science
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Emissionsfreier und stark emissionsreduzierter Bahnverkehr auf nicht-elektrifizierten Strecken
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2023
Mittelgeber: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (StMWIVT) (ab 10/2013) -
Auslegungsgrundlagen einer tubulären, mittels additiver Methoden und Extrusion gefertigten Elektrolysezelle: Additive Fertigung positiver Elektrodengerüste, Oberflächenpräparation und Katalysatorbeschichtung
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Auslegungsgrundlagen einer tubulären, mittels additiver Methoden und Extrusion gefertigten Elektrolysezelle
Laufzeit: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2022
Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt -
Graphene-based disruptive technologies
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Graphene-based revolutions in ICT and beyond
Laufzeit: 1. April 2016 - 31. März 2018
Mittelgeber: Future and Emerging Technologies (FET) -
Graphene-Based Revolutions in ICT And Beyond
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Graphene-Based Revolutions in ICT And Beyond
Laufzeit: 30. März 2015 - 29. Dezember 2020
Mittelgeber: Future and Emerging Technologies (FET)This Flagship aims to take graphene and related layered materials from a state of raw potential to a point where they can revolutionize multiple industries - from flexible, wearable and transparent electronics, to new energy applications and novel functional composites.Our main scientific and technological objectives in the different tiers of the value chain are to develop material technologies for ICT and beyond, identify new device concepts enabled by graphene and other layered materials, and integrate them to systems that provide new functionalities and open new application areas.These objectives are supported by operative targets to bring together a large core consortium of European academic and industrial partners and to create a highly effective technology transfer highway, allowing industry to rapidly absorb and exploit new discoveries.The Flagship will be aligned with European and national priorities to guarantee its successful long term operation and maximal impact on the national industrial and research communities.Together, the scientific and technological objectives and operative targets will allow us to reach our societal goals: the Flagship will contribute to sustainable development by introducing new energy efficient and environmentally friendly products based on carbon and other abundant, safe and recyclable natural resources, and boost economic growth in Europe by creating new jobs and investment opportunities.
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Einfluss von Dispersionswechselwirkungen auf die Reaktivität und die Chemo-, Regio- und Stereoselektivität in organokatalysierten Dominoreaktionen: Eine experimentelle und theoretische Gemeinschaftsstudie
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SPP 1807: Control of London dispersion interactions in molecular chemistry
Laufzeit: seit 1. Januar 2015
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)
URL: http://www.uni-giessen.de/fbz/fb08/dispersionZiel dieses gemeinsamen experimentellen und theoretischen Projektes ist die Entwicklung einfach durchführbarer, umweltfreundlicher Mehrschritt-Dominoreaktionen unter Zuhilfenahme von Dispersionswechselwirkungen in diesen neuartigen Systemen. Wir planen eine Serie von Mehrkomponenten-Dominoreaktionen durchzuführen, bei denen einfach zugängliche Nitroolefine und Aldehyde verwendet werden sollen sowie CH-acides Malononitril, die bekannt für ihre breiten Einsatzmöglichkeiten und ihre vielseitige Verwendbarkeit als ungewöhnlich reaktive Reagenzien sind. Der Schwerpunkt soll auf den folgenden drei, bis dato beispiellosen Reaktionen liegen: (i) eine Drei-Komponenten Zweischritt-Dominoreaktion bestehend aus einer Knoevenagel- und einer vinylogen Michael-Reaktion, (ii) eine Drei-Komponenten verzweigte Fünfschritt-Dominoreaktion bestehend aus Knoevenagel-, Nitro-Michael- und Nitroalkan-Michael-Reaktion gefolgt von intramolekularer Kondensation und Isomerisierung, (iii) eine Zwei-Komponenten Sechsschritt- Domino-Reaktion bestehend aus Knoevenagel-Reaktion, Dimerisierung, intermolekularer Kondensation, intramolekularer Aza-Michael-Reaktion, intramolekularer Kondensation und schließlich einer Isomerisierung. Detaillierte mechanistische Untersuchungen sollen einerseits mit konventionellen Dichtefunktionalmethoden ergänzt durch semiempirische Van-der-Waals- Korrekturen, andererseits mit neuartigen hochgenauen Dichtefunktionalmethoden durchgeführt werden, um Einblicke in die verblüffenden Unterschiede in Chemo-, Regio- und Stereoselektivität dieser organokatalytischen Dominotransformationen zu gewinnen und insbesondere um den Einfluss von Dispersionswechselwirkungen in diesen Transformationen zu verstehen und auszunutzen. Die anvisierten Dominoreaktionen dienen des Weiteren als Testfälle, um Protokolle für eine Beschreibung organokatalytischer Reaktionen auf der Basis von Dichtefunktionalmethoden zu entwickeln. -
Spektroskopie und Elektronische Struktur (funCOS 2)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: FOR 1878: funCOS - Funktionale molekulare Strukturen auf komplexen Oxidoberflächen
Laufzeit: 1. April 2014 - 30. Mai 2017
Mittelgeber: DFG - ForschungsgruppenPlanare übergangsmetallkomplexe, wie z. B. Porphyrine und Phthalocyanine, adsorbiert auf Festkörperoberflächen sind interessant für Anwendungen in der Sensorik und der heterogenen Katalyse. Für diese Komplexe ist - im Vergleich zu geträgerten Metallclustern - das aktive Metallzentrum mit seinen axialen Koordinierungsstellen sehr gut definiert. Aus Sicht der Anwendung verspricht dies hohe Selektivität und aus Sicht der Grundlagenforschung eine einfachere Interpretation der Daten. funCOS 2 beschäftigt sich mit der elektronischen Struktur und den chemischen Eigenschaften von Tetraphenylporphyrinen auf dünnen Magnesiumoxidschichten. Die Messungen sollen mit Röntgen-, UV- und Zweiphotonen-Photoelektronenspektroskopie (XPS, UPS, 2PPE) durchgeführt werden. Ziele sind die Präparation und Charakterisierung wohldefinierter Porphyrinschichten, die Reaktivität des Metallzentrums und Veränderungen durch die Adsorption kleiner Moleküle an diesen Zentren. Im Speziellen ist vorgesehen: 1) Die Präparation hochgeordneter und vollständig oxidierter MgO(100)-Schichten auf Ag(100) mit besonderem Augenmerk auf der Kontrolle, Identifizierung und Quantifizierung der Defekte sowie die Messung der Valenz- und Leitungsbandzustände mit UPS und 2PPE. 2) Untersuchung der Wechselwirkung von Tetraphenylporphyrin, Platin- und Kobalt-Tetraphenylporphyrin und einem Carboxyl(-COOH)-funktionalisierten Tetraphenylporphyrin mit MgO(100). Hierbei werden insbesondere die N 1s, Pt 4f, Co 2p Niveaus sowie das Valenz- und Leitungsband untersucht werden, für Bedeckungen von Submonolagen bis Multilagen. 3) Untersuchung einfacher Reaktionen von Porphyrinen auf MgO(100) und Bestimmung kinetischer Parameter; Schwerpunkt hier sind Metallierungsreaktionen und die Adsorption kleiner Moleküle (CO, NO, O2 und H2S) am Metallzentrum. 4) Charakterisierung ausgewählter hochdispersiver Porphyrin/MgO-Systeme aus funCOS 5; besonders interessant ist hier die Frage, wieweit die Ergebnisse für die Modellsysteme auf strukturell komplexere Systeme übertragen werden können. -
Molekül-Oxid-Bindungsbildung (funCOS 3)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: FOR 1878: funCOS - Funktionale molekulare Strukturen auf komplexen Oxidoberflächen
Laufzeit: 1. Januar 2014 - 30. September 2017
Mittelgeber: DFG - ForschungsgruppenEin wissensbasiertes Design von Molekül-Oxid-Grenzflächen erfordert eingehendes Verständnis der chemischen Bindungsbildung an der Grenzfläche. Um dies zu erreichen, kombinieren wir Oberflächenschwingungsspektroskopie (IRAS, Infrared Reflection Absorption Spectroscopy) und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS, X-Ray Photoelectron Spectroscopy) als komplementäre oberflächenspektroskopische Methoden im UHV (Ultrahochvakuum).Ausgehend von geordneten Oxidoberflächen (MgO(100)/Ag(100), später Co3O4,CoO/Ir(100), TiO2(110)) sollen Wechselwirkungs- und Reaktionsmechanismen ausgewählter Ankergruppen an Testmolekülen (-OH, -COOH, -NH2, -CN) mit wohldefinierten Oberflächenplätzen aufgeklärt werden, einschließlich deren Bildungskinetik und -energetik (über temperatur- und zeitaufgelöste Experimente). Basierend auf diesen Ergebnissen werden diese Linker zur Steuerung der Oberflächenwechselwirkung in Komplexbildner (5,10,15,20-Tetraphenypporphyrinen (TPP), später andere Tetrapyrrole) eingeführt. Die kombinierte spektroskopische Information liefert nicht nur die Reaktionsmechanismen, die Umwandlungskinetik, die Energetik und die thermische Stabilität der oberflächengebundenen Intermediate, sondern gestattet es auch, die molekulare Orientierung sowie intermolekulare Wechselwirkungen während des Wachstumsprozesses zu verfolgen. Durch die Verwendung chelatbildender und multifunktionaler Anker soll schließlich versucht werden, Orientierung, Bildungsbarrieren und Stabilität der oberflächengebundenen Moleküle zu steuern. In der zweiten Projektphase wird insbesondere die Selektivität der Molekül-Oberflächenbindung im Zentrum der Aufmerksamkeit stehen, mit der Idee, spezifische Oberflächenplätze über bestimmte Linker oder Linkerensembles zu adressieren. Das Ziel dieser Projektphase wird es sein, maximale Wachstums- und Strukturkontrolle bei der Präparation nanostrukturierter Molekülfilme auf nanostrukturierten Oxidoberflächen zu erreichen (Defektstrukturen, oxidgetragene Oxid- sowie Metallnanopartikel). Schließlich werden wir die Reaktivität funktionaler molekularer Filme auf Oxidoberflächen untersuchen und, im Zusammenhang hiermit, die Transferierbarkeit der Oberflächenchemie unter idealen Bedingungen auf ambiente Reaktionsbedingungen und Nanomaterialien überprüfen. Der Einfluss reaktiver Umgebungsgase (z. B. H2O, H2, CO, CO2) auf die Oberflächenverankerung (Testmoleküle, Komplexbildner) soll im UHV mittels temperaturprogrammierter Desorptionsspektroskopie (TPD) und Molekularstrahlmethoden untersucht und mit in situ-Spektroskopien (Polarization Modulation IRAS; auch Hochdruck-XPS) bei nahezu ambienten Bedingungen verglichen werden. Gleichzeitig werden diese Methoden es gestatten, die Reaktivität von Komplexbidnern (z. B. gegenüber CO, NO, H2O, H2) zu adressieren. Mittels von in situ/Operando-DRIFTS (Diffuse Reflection Infrared FT Spectroscopy) wird dann abschließend die Bindungsbildung an Einkristalloberflächen und an Oxid-Nanostrukturen (z. B. MgO-Nanokristalle) vergleichend untersucht. -
Structure-property relations of molecular layers and nanomaterials
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: In situ Microscopy with Electrons, X-rays and Scanning Probes
Laufzeit: 1. Oktober 2013 - 30. September 2022
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)Scanning probe microscopy allows quantitative measurements of structural, mechanical and electronic properties of molecular systems on metal surfaces. Using scanning tunneling microscopy, atoms and molecules can be manipulated in a controlled manner and their electronic density of states is measured. The forces needed to manipulate and deform individual molecules are often unknown. In this project area, the forces between individual molecules, as well as molecular switches on surfaces, are investigated on a quantitative basis by means of atomic force microscopy and spectroscopy.
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Growth and characterization of thin single crystalline layers for molecular electronics
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: In situ Microscopy with Electrons, X-rays and Scanning Probes
Laufzeit: 1. Oktober 2013 - 30. September 2022
Mittelgeber: DFG / Graduiertenkolleg (GRK)
URL: https://www.grk1896.forschung.fau.de/teaching/project-areas/project-area-a/a4-geometric-and-electronic-structure-of-metal-organiThe project area utilizes in situ characterization of metal-organic nano- and microcrystallites to study the growth of organic materials for molecular electronics. As in the first funding period, the project is divided into two parts: on the one hand, the complete structural characterization takes place, in particular the structure formation of crystalline organic layers at the liquid-liquid interface. On the other hand, these layers are integrated into electronic components in order to characterize the active semiconductive layers in-operando using microspectroscopic probes with respect to their electronic properties.
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Graphene-Based Revolutions in ICT And Beyond
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Graphene-Based Revolutions in ICT And Beyond
Laufzeit: 1. Oktober 2013 - 31. März 2016
Mittelgeber: EU - 7. RP / Capacities / Kombination Verbundprojekt mit Koordinierungs- und Unterstützungsmaßnahme (CP-CSA)This Flagship aims to take graphene and related layered materials from a state of raw potential to a point where they can revolutionize multiple industries - from flexible, wearable and transparent electronics, to new energy applications and novel functional composites.Our main scientific and technological objectives in the different tiers of the value chain are to develop material technologies for ICT and beyond, identify new device concepts enabled by graphene and other layered materials, and integrate them to systems that provide new functionalities and open new application areas.These objectives are supported by operative targets to bring together a large core consortium of European academic and industrial partners and to create a highly effective technology transfer highway, allowing industry to rapidly absorb and exploit new discoveries.The Flagship will be aligned with European and national priorities to guarantee its successful long term operation and maximal impact on the national industrial and research communities.Together, the scientific and technological objectives and operative targets will allow us to reach our societal goals: the Flagship will contribute to sustainable development by introducing new energy efficient and environmentally friendly products based on carbon and other abundant, safe and recyclable natural resources, and boost economic growth in Europe by creating new jobs and investment opportunities.
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Molekulare Selbstorganisation und Wachstum
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: FOR 1878: funCOS - Funktionale molekulare Strukturen auf komplexen Oxidoberflächen
Laufzeit: seit 1. August 2013
Mittelgeber: DFG - ForschungsgruppenfunCOS 4 aims at a deeper understanding of the basic processes in the formation of differently prepared organic thin films on various oxide surfaces (single crystal substrates, nanostructured oxides, amorphous substrates). This includes aspects of interactions, in particular the interplay of intermolecular interactions and molecule-substrate interactions, which are governing the growth of ultrathin organic films. Utilizing probes, which offer information ranging from the atomic to the mesoscopic length scale, the structural properties of adsorbed organic films from the submonolayer to the multilayer regime can be accessed. Diffraction techniques (XRD/LEED) deliver structural information with accuracies better than 0.01 nm, and in-situ studies can make visible the film growth kinetics. Various microscopy techniques (PEEM, STXM, LEEM) shall be employed to provide the growth mode (layer vs. island vs. random growth) and film formation kinetics in real space with resolutions on the mesoscopic length scale, i.e. from lateral dimensions ranging from 20 nm to 10.000 nm. The project will bridge the gap from model systems prepared under ultrahigh vacuum conditions to molecular depositions from solvents thus offering potential pathways to prepare highly ordered molecular systems without costly hardware. Specifically, we will explore the formation of structures of adsorbed/chemisorbed ultrathin films (perpendicular and lateral structures, molecular orientation), structural properties of the molecule-oxide interface, impact of defect structures, density and thickness dependent structural relaxations, film growth modes, nucleation and long-range interactions, and kinetic parameters for the film formation. -
Theorie
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: FOR 1878: funCOS - Funktionale molekulare Strukturen auf komplexen Oxidoberflächen
Laufzeit: seit 1. August 2013
Mittelgeber: DFG - Forschungsgruppen
URL: http://www.funcos.uni-erlangen.de/Das Projekt hat ein umfassendes mikroskopisches Verständnis der Adsorbat-Substrat- und der Adsorbat-Adsorbat-Wechselwirkungen von funktionalisierten organischen Molekülen auf strukturierten Oxidoberflächen mittels elektronischer Strukturrechnungen zum Ziel, das letztlich die kontrollierte Herstellung organischer Filme mit spezifischen strukturellen, elektronischen und optischen Eigenschaften ermöglichen soll. Die erste grundlegende Wechselwirkung, die Adsorbat-Adsorbat-Wechselwirkung, charakterisiert und bestimmt die Bindung organischer Moleküle an reine Oxidoberflächen oder niedrig koordinierte Adsorptionsplätze. Die Modifikation dieser Bindung durch verschiedene Linkergruppen verändert die Bindungsgeometrie und -stärke und kann in der Folge die zweite grundlegende Wechselwirkung, die Adsorbat-Adsorbat-Wechselwirkung, wie auch die Diffusionskinetik und die Strukturbildung beeinflussen. Die verschiedenen Wechselwirkungen sollen mit Hilfe von Dichtefunktionalmethoden, die durch Van-der-Waals-Korrekturen und gegebenenfalls durch Hubbard-U-Ansätze ergänzt werden, berechnet und analysiert werden. Bei der Untersuchung der Strukturbildung sollen auch semi-empirische Methoden zum Einsatz kommen, die die Behandlung großer molekularer Anordnungen auf strukturierten Oxidoberflächen ermöglichen. Adsorbierte organische Moleküle können neue photophysikalische und elektronische Eigenschaften aufweisen, die von Wechselwirkungen ihrer Grenzorbitale mit der Elektronenstruktur des Substrats herrühren. Ein weiteres Ziel des Projektes ist es, diese neuen Eigenschaften zu verstehen und mögliche Ladungstransferprozesse zwischen Adsorbat und Substrat, die ausschlaggebend für Anwendungen in den Bereichen Photovoltaik, Sensorik, Leuchtmittel und Photochemie sind, zu analysieren. Hierzu sollen ausgehend von Dichtefunktionalrechnungen zeitabhängige Dichtefunktionalmethoden und Methoden der Vielteilchenstörungstheorie eingesetzt werden. -
Materials for a Magnetic Memory in Three Dimensions
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Materials for a Magnetic Memory in Three Dimensions
Laufzeit: 1. Dezember 2012 - 30. November 2016
Mittelgeber: EU - 7. RP / Cooperation / Verbundprojekt (CP)M3d is a FP7 European project aiming at developing advanced magnetic materials suitable for designing a data storage solution in three dimensions (3D). Conventional planar (2D) devices are expected to reach the limits of scaling within less than a decade, so that long-term massive progress could only be achieved by exploiting the third dimension. We will develop the materials needed for such 3D memories based on magnetic shift-register devices, namely dense arrays of vertical magnetic wires in a matrix (race-track memory, IBM patent). In this concept series of bits are shifted along each wire, requiring only one read/write element per wire. Synthesis will rely largely on bottom-up routes to minimize production costs. In order to minimize risks, several strategies will be explored both for coding bits, data shifting, read&write schemes. We address NMP data storage call targets density (5-50Tbit/in2), and reasonable cost per Tbit (2-20€), going beyond the scalability of all-planar devices while remaining competitive in terms of speed and energy consumption (1-10GHz with zero seek time; 10-100 pJ/bit). In all four targets, 3D magnetic memories promise to outperform Hard Disk Drives, providing more storage capacity with less energy consumption. The project brings together relevant leading academic research groups in Europe. Two SMEs are also partners, one for material development (SmartMembranes, world leader in self-organized anodized products), and the European leader in Magnetic-RAM development, Crocus Technology.
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Verbundvorhaben TubulAir+-: Schlüsseltechnologien für eine kostengünstig zu fertigende, mikrotubuläre Redox Flow-Batterie
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Verbundvorhaben TubulAir+-: Schlüsseltechnologien für eine kostengünstig zu fertigende, mikrotubuläre Redox Flow-Batterie
Laufzeit: 1. November 2012 - 31. August 2017
Mittelgeber: BMBF / Verbundprojekt -
Vereinigende Konzepte für die Chemie von synthetischen Kohlenstoffallotropen (A01)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 953: Synthetische Kohlenstoffallotrope
Laufzeit: seit 1. Januar 2012
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Das Projekt A1 stellt die Materialbasis für drei Verbindungsklassen (synthetic carbon allotropes – SCA) des SFB sicher, nämlich 1) Fullerene, 2) Kohlenstoffnanoröhren und 3) Graphen und jeweils deren Derivate. Das Projekt ist in drei Arbeitspakete (WPs) unterteilt. Im WP1 wird der erste systematische Zugang zu SCA-Hydriden und –Carboxylaten, einschließlich der Entwicklung von Wasserstoff-Speicher-Systemen, der Postfunktionalisierung und dem effizienten Trennen von metallischen und halbleitenden Kohlenstoffnanoröhren ausgearbeitet werden. Nicht-kovalente Funktionalisierung von SCAs mit verschiedenen Familien von Rylenen ist Gegenstand von WP2. In WP3 werden weitere spezifische SCA-Architekturen, wie kovalente Fulleren-Cluster und hierarchisch geordnete inter-SCA-Architekturen synthetisiert werden.
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Modifizierung und Charakterisierung der chemischen Eigenschaften von Graphen (B7)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 953: Synthetische Kohlenstoffallotrope
Laufzeit: 1. Januar 2012 - 31. Dezember 2019
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Ziel des Teilprojektes ist die chemische Modifizierung von Graphenschichten auf Metalloberflächen durch Heteroatome (N, B). Die vorgesehenen Strategien umfassen Voradsorption von N-haltigen (NO, C2N2, Pyridin) oder B-haltigen Molekülen (Diethylmethoxyboran), Dosierung reaktiver Spezies mit einem überschalldüsenstrahl, Funktionalisierung mit Rylenen und Porphyrinen, Hydrogenierung zu Graphan und Interkalation von Metallen. Darüber hinaus soll auch die in situ Synthese makromolekularer Strukturen auf Metalloberflächen untersucht werden. Als experimentelle Methode wird hauptsächlich Röntgenphotoelektronenspektroskopie eingesetzt werden.
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Quantenchemische Untersuchungen zu Bildung, Struktur, Energie und elektronischen Eigenschaften von Carbinen, Fullerenen und Graphenen (C02)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 953: Synthetische Kohlenstoffallotrope
Laufzeit: seit 1. Januar 2012
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
URL: https://www.chemistry.nat.fau.eu/research/dfg/sfb953/Im Projekt sollen Kohlenstoffmaterialien, Fullerene, Polyine, Graphene wie auch bisher noch nicht synthetisierte Kohlenstoffallotrope wie beispielsweise Graphyne mit nichtempirischen elektronischen Strukturmethoden insbesondere etablierten wie neu zu entwickelnden Dichtefunktionalmethoden untersucht werden. Mit dem Ziel neue Kohlenstoffverbindungen und -materialien herzustellen sollen deren Bildung, Struktur und Energetik wie auch ihre spektroskopischen und elektronischen Eigenschaften analysiert und vorhergesagt werden.
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Großskalige Simulationen an Kohlenstoff-Allotropen (C01)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 953: Synthetische Kohlenstoffallotrope
Laufzeit: seit 1. Januar 2012
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Anwendung von schnellen parametrisierten quantenmechanischen Techniken (semiempirische Molekülorbital-Theorie und Dichtefunktional-basiertes tight binding, TB), um große Aggregate, die Kohlenstoff-Allotrope enthalten, zu berechnen und Reaktionsmechanismen zu bestimmen. Die dynamischen Eigenschaften von flexiblen molekularen Anordnungen werden sowohl mit klassisch-mechanischer als auch mit direkter TB Moleküldynamik und Metadynamik untersucht. Es werden sowohl Systeme aus den experimentellen Projekten untersucht als auch Strukturen, Wellenfunktionen und Elektronendichten für die anderen theoretischen Teilprojekte berechnet.
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Plastic deformation, crack nucleation and fracture in lightweight intermetallic composite materials
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: Exzellenz-Cluster Engineering of Advanced Materials
Laufzeit: 1. November 2007 - 31. Oktober 2017
Mittelgeber: DFG / Exzellenzcluster (EXC)
URL: https://www.eam.fau.eu/ -
Chiral mono- and bifunctional organic catalysts: A joint experimental-theoretical approach to asymmetric organic synthesis (SPP 1179)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SPP 1179: Organocatalysis
Laufzeit: 1. November 2006 - 1. Juni 2012
Mittelgeber: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP) -
Seven-/Six-Coordinate Iron and Managenese Complexes with Superoxide Dismutase Activity as Synthetic Enzymes (A 08)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 583: Redox Active Metal Complexes - Controlling Reactivity Through Molecular Architectures
Laufzeit: 1. Juli 2004 - 30. Juni 2012
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB) -
Adsorption and Reactivity of Redox-Active Metalloporphyrins (A9)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 583: Redox Active Metal Complexes - Controlling Reactivity Through Molecular Architectures
Laufzeit: 1. Juli 2004 - 30. Juni 2012
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB) -
Theoretische Studien zur Elektronentransfer-Katalyse (C 01)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 583: Redox Active Metal Complexes - Controlling Reactivity Through Molecular Architectures
Laufzeit: 1. Juli 2001 - 1. Juni 2012
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB) -
Porphyrinatometal-Dendrimer-Architectures as abiotic Model Systems for Globular Heme Proteins (B 03)
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
Titel des Gesamtprojektes: SFB 583: Redox Active Metal Complexes - Controlling Reactivity Through Molecular Architectures
Laufzeit: 1. Juli 2001 - 1. Juni 2012
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
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The atomic-layer 3D plotter
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Mai 2020 - 30. April 2022
Mittelgeber: EU - 8. Rahmenprogramm - Horizon 2020 -
ATOPLOT -- The atomic-layer 3D plotter
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Mai 2020 - 30. April 2022
Mittelgeber: Excellent Science -
‘Tubulyze’ — Neuartige, Kostenreduktionen ermöglichende, Produktionsverfahren für eine tubuläre PEM-Elektrolysezelle
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: 1. Februar 2019 - 31. Dezember 2022
Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
URL: https://tubulyze.de/ -
Synthetische Kohlenstoffallotrope
(Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Gesamtprojekt)
Laufzeit: seit 1. Januar 2012
Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)Synthetische Kohlenstoffallotrope wie Fullerene, Kohlenstoffnanoröhren und Graphen bilden gegenwärtig eine der vielversprechendsten Materialklassen mit enormem Entwicklungspotenzial für zukünftige Hochtechnologieanwendungen. Aufgrund ihrer einzigartigen elektronischen, optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften wären mögliche Einsatzfelder: die Nano- und Optoelektronik, die Wasserstoffspeicherung, die Sensorik sowie die mechanische Verstärkung von Polymerkompositmaterialien. Aufgrund der zahllosen Möglichkeiten, sp-, sp2- und sp3-hybridisierte Kohlenstoffatome zu einem ausgedehnten Kohlenstoffgerüst zusammenzufügen, lässt sich die Existenz weiterer, bisher unentdeckter, aber schon theoretisch vorhergesagter Modifikationen postulieren. Vor der Nutzung der einzigartigen Möglichkeiten, die diese Stoffklassen bieten, müssen jedoch noch einige wesentliche Fragestellungen und Probleme untersucht werden. Dazu zählen insbesondere die Massenproduktion, die Trennung der Systeme, die Entwicklung von Syntheseprotokollen, das kontrollierte Doping mit Heteroelementen, die Solubilisierung und die chemische Funktionalisierung sowie der Aufbau hierarchischer Schichtstrukturen. Dies alles fordert eine zielgerichtete und interdisziplinäre Bündelung der Fachkompetenz der einzelnen Bereiche aus Chemie, Physik, Ingenieurwissenschaften und der Theorie sowie den Einsatz von entsprechenden High-End-Analytik-Tools. Die Universität Erlangen-Nürnberg verfügt bereits über die wahrscheinlich europaweit, wenn nicht sogar weltweit, größte wissenschaftliche Forschergemeinschaft, die sich dem Thema der Kohlenstoffallotrope widmet. Aus diesem Grund bietet Erlangen das perfekte Umfeld für den Sonderforschungsbereich. Er gliedert sich in drei Forschungsbereiche und zwei Zentralprojekte: Der Forschungsbereich A "Synthese und Funktionalisierung" bildet die Materialgrundlage des Sonderforschungsbereichs. Hier liegt der Hauptschwerpunkt auf der chemischen Funktionalisierung bestehender Systeme und der Entwicklung eines synthetischen Zugangs zu neuen Kohlenstoffmodifikationen. Daran schließt sich dann die systematische Untersuchung der physikalischen und materialtechnischen Eigenschaften sowie die Anwendungsimplementierung der entsprechenden Systeme an. Dieser analytische Bereich steht im Fokus der engen Zusammenarbeit des Forschungsbereichs B "Optische und strukturelle Eigenschaften" mit den beiden wissenschaftlichen Zentralprojekten, die hier mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie sowie Tandem-Massenspektroskopie einen fundamentalen Beitrag leisten. Der hochvernetzte und interdisziplinäre Ansatz des Sonderforschungsbereichs ist auch die Grundlage für die enge Einbindung des Forschungsbereichs C "Theorie". Sowohl klassische als auch quantenmechanische Rechnungen liefern hier die Basis für das tief greifende Verständnis der zugrunde liegenden Reaktionsmechanismen, der Stabilität sowie der elektronischen, optischen und mechanischen Eigenschaften der neuen Kohlenstoffallotrope und deren Derivate. Darüber hinaus liefert die Theorie konkrete Designansätze für die Darstellung und Erforschung von bisher unbekannten Formen des Elements Kohlenstoff.