Mit der Zwillingspolymerisation zu neuen Materialien

Aus Eins mach Zwei – das ist das grundlegende Prinzip der an der Professur Polymerchemie der Technischen Universität Chemnitz entwickelten Zwillingspolymerisation. Eine speziell konstruierte Verbindung, das Zwillingsmonomer, reagiert dabei in nur einem Arbeitsschritt zu zwei unterschiedlichen Homopolymeren.

Ein Monomer ist ein reaktionsfähiges Molekül – mehrere Monomere können durch eine chemische Verbindung zu einem Polymer werden. Handelt es sich um gleichartige Monomere, die sich verbinden, so entstehen Homopolymere. Die Chemnitzer Zwillingsmonomere bestehen wiederum aus zwei verschiedenen Bausteinen, die über eine Atombindung verknüpft sind.

Basiert die Zwillingspolymerisation auch auf einem einfachen Grundprinzip, so handelt es sich bei genauerer Betrachtung um einen komplexen Prozess. Um ihn besser verstehen und steuern zu können, forschen Wissenschaftler von mehreren Professuren der Chemnitzer Fakultät für Naturwissenschaft nun an dem Thema „Zwillingspolymerisation von organisch-anorganischen Hybridmonomeren zu Nanokompositen“. Die Forschergruppe, an der Chemiker und Physiker beteiligt sind, wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) seit dem 1. Mai 2011 für drei Jahre mit mehr als einer Million Euro gefördert.

Ihr Ziel ist die Erzeugung von neuen Hybridmaterialien. Diese bestehen aus einem organischen und einem anorganischen Teil – verbinden also kohlenstoffhaltige und kohlenstofffreie Stoffe. „Die entstehenden funktionalen Hybridmaterialien können in Zukunft beispielsweise in der Katalyse oder für die Speicherung von Gasen eingesetzt werden“, sagt Prof. Dr. Stefan Spange, Inhaber der Professur Polymerchemie an der TU Chemnitz und Sprecher der Forschergruppe. Bei der Katalyse werden chemische Reaktionen beschleunigt oder gesteuert. „Konkret geht es in unserer Forschergruppe um ein neues Synthesekonzept, das solche Materialien in großer Menge und mit genau definierten molekularen, strukturellen und morphologischen Eigenschaften verfügbar machen soll“, so Spange weiter. Dabei wollen die Wissenschaftler sowohl die etablierten Verfahren verbessern als auch neue entwickeln.

Dabei führen die Chemnitzer Chemiker und Physiker Synthese, Analyse und Theorie zusammen: „Die bisher studierten Zwillingspolymerisationen führen zu interessanten Produkten. Jedoch zeigen sie, je nach Zusammensetzung und Reaktionsdurchführung, komplexe und bislang wenig verstandene Reaktionsabläufe. Unser Forschungsschwerpunkt ist es deshalb, den Mechanismus der gekoppelten Bildungsprozesse, die zu den beiden makromolekularen Strukturen führen, zu analysieren und eine Theorie für diesen neuen Polymerisationstyp zu entwickeln“, so der Sprecher der Forschergruppe. Die Wissenschaftler werden dafür neue komplexe Monomere herstellen und diese dann gezielt miteinander zur Reaktion bringen.

Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist es, eine neue Konzeption in den Materialwissenschaften zu entwickeln. „Voraussetzung dafür ist, die grundlegenden Zusammenhänge zu verstehen. Das fängt bei der Reaktivität und elektronischen Struktur der Monomerbausteine an und geht über die Reaktionsverläufe im Polymerisationsprozess bis hin zu den Materialzusammensetzungen und -eigenschaften“, so Spange. Beteiligt sind neben der Professur Polymerchemie auch die Professuren Analytik an Festkörperoberflächen (Prof. Dr. Michael Hietschold), Anorganische Chemie (Prof. Dr. Heinrich Lang), Computerphysik (Prof. Dr. Karl Heinz Hoffmann), Halbleiterphysik (Prof. Dr. Dietrich R.T. Zahn) und Koordinationschemie (Prof. Dr. Michael Mehring) sowie Honorarprofessor Dr. Alexander Auer. „Durch die Synergie der Expertisen soll ein neues Forschungsfeld aus der Taufe gehoben werden, in dem Chemnitz im Moment Alleinstellung aufweist und als Keimzelle dienen kann“, sagt Spange.

Die Forschergruppe im Internet: http://www.zwipo.tu-chemnitz.de

Weitere Informationen erteilt Prof. Dr. Stefan Spange, Telefon 0371 531-31714, E-Mail stefan.spange@chemie.tu-chemnitz.de.