Jahresbericht 2018-2019

Professur für Angewandte Physikalische Chemie und Molekulare Nanotechnologie Prof. Dr. Andrey Turchanin Forschungsschwerpunkte  Maßgeschneiderte Synthese von neuartigen zwei-dimensionalen (2D) Materialien unter anderem von organischen Monolagen und Dünnfilmen, Graphen, Kohlenstoff-Nanomembranen, Übergangsmetall- Dichalkogeniden, freitragenden lateralen Heterostrukturen, van-der-Waals-Heterostrukturen oder biofunktionalen Ober- und Grenzflächen  Materialwissenschaftliche, spektroskopische und mikroskopische Charakterisierung von organischen und anorganischen 2D Materialien bis in den Nanometerbereich zur Untersuchung ihrer Wachstumsmechanismen sowie der elektronischen und optischen Eigenschaften als auch ihrer Bio-Kompatibilität  Verwendung von 2D-Funktionsmaterialien in neuartigen Bauteilen: als Sensoren für die hochspezifische und hochsensitive Detektion von Biomarkern, Feldeffekt-Transistoren auf der Basis von Kohlenstoff und Übergangsmetall-Dichalkogeniden u.a. für flexible Elektronik, biofunktionale Nanomembranen für die hochauflösende Transmissions-Elektronenmikroskopie von Proteinen, Nanomembranen für die künstliche Photosynthese, nanophotonische Strukturen und Permeationsmembranen Die Elektronenstrahl-induzierte Synthese von mo- lekularen zweidimensionalen (2D) Materialien ist eine flexible Methode zur Herstellung von funktio- nalen Nanomaterialien mit maßgeschneiderten chemischen und physikalischen Eigenschaften [1]. Basierend auf komplementären spektroskopischen und mikroskopischen Techniken untersuchen wir die Elektronen-induzierten Reaktionsmechanis- men in organischen Monolagen bis in den Nano- meterbereich [2]. Da die verwendeten Elektronen in der Regel eine Energie im Bereich von 10 bis 100 eV haben, können durch sie nahezu beliebig chemische Bindungen aktiviert und dadurch Re- aktionen induziert werden, welche mit den traditi- onellen Methoden der chemischen Synthese sehr schwierig oder überhaupt nicht realisierbar sind. Wir setzen diese Methode für die großflächige Synthese von molekularen kohlenstoffbasierten Nanoblättern mit nur 1 nm Dicke, aber mehreren Elektronenstrahl-induzierte Synthese von molekularen 2D Materialien Quadratzentimeter Fläche ein [3], Abb. 1. Darüber hinaus ermöglicht diese Methode die Synthese von organisch-anorganischen 2D Hybriden, z. B. mit Graphen oder MoS 2 Monolagen [4]. Im Rah- men des neugegründeten TRR 234 „CataLight“ entwickeln wir ein neues Verfahren zur Herstel- lung photoaktiver 2D Materialien für die Wasser- spaltung und Wasserstoff-Erzeugung. [1] Turchanin A. (2019): Synthesis of molecular 2D materials via low- energy electron induced chemical reactions. Chimia, DOI 10.2533/ chimia.2019.473. [2] Neumann C., Wilhelm R. A., Küllmer M., Turchanin A. (2019): Low- energy electron irradiation induced synthesis of molecular nanosheets: An influence of the electron beam energy. Faraday Discussions, DOI: 10.1039/C9FD00119K. [3] Neumann C., Szwed M., Frey M., Tang Z., Kozieł K., Cyganik P., Turchanin A. (2019): Preparation of chemically inert carbon nanomembranes. ACS Appl. Mater. and Interfaces, DOI: 10.1021/ acsami.9b09603. [4] Winter A., George A., Neumann C., Tang Z., Mohn M. J., Weimann T., Hübner U., Kaiser U., Turchanin A., et al. (2019): Lateral heterostructures of two-dimensional materials by electron-beam induced stitching. Carbon DOI: 10.1016/j.carbon.2017.11.034. Abb. 1. Elektronenstrahl-induzierte Synthese von Kohlenstoff-Nanomembranen aus aromatischen Monolagen [3]. 76 — FORSCHUNG