Forschungsprojekte

Die Forschungsschwerpunkte liegen im Bereich der angewandten Materialchemie und erstrecken sich dabei von der Polymerchemie über Nanomaterialien bis zur synthetisch-organischen Grundlagenforschung. In den letzten Jahren hat sich sowohl die Forschung an als auch die Verwendung der 3D-Drucktechnik mittels Fused Deposition Modeling (FDM) als ein erfolgreicher Kernaspekt der Forschungsthemen herausgestellt.

            

New J. Chem. 2017, 41, 1876 - 1876.

Chemie in 3D-gedruckten Reaktionsküvetten - 3D-Druck unter Schutzgasbedingungen

Die 3D-Drucktechnik kann für Chemiker in vielfältiger Weise hilfreich sein. Der Druck von maßstabsgetreuen Modellen mit exakt skalierten Bindungslängen und -winkeln ist mittlerweile eine Routineaufgabe. Im Laufe der letzten Jahre wurde im Arbeitskreis der 3D-Druck mittels FDM innerhalb einer Schutzgasatmosphäre zur Herstellung von geschlossenen und gasdichten Reaktionsküvetten entwickelt. Die bis zu 10 bar druckstabilen Gefäße erlauben dabei durch den 3D-Druck geeigneter Geometrien die Aufnahme von IR- UV/Vis- und NMR-Messungen ohne Probenentnahme direkt im Reaktionsgefäß. Dabei sind keine Umbauten an den verwendeten Spektrometern nötig, um eine vollständige Reaktionskontrolle oder reaktionsmechanistische Aufklärung zu erhalten. Hervorzuheben ist u.a. die vollständige NMR-Transparenz der verwendeten nicht-deuterierten Matrixpolymere.

Jahresbericht der TU Clausthal Highlights 2015: FDM-3D-Druck unter Schutzgasbedingungen

New J. Chem. 201741, 1925 ‐ 1932: Sonogashira Coupling in 3D-Printed NMR Cuvettes: Synthesis and Properties of Arylnaphthylalkynes

Helv. Chim. Acta 2016, 99, 255 - 266: 3D-Printing Inside the Glove-Box: A Versatile Tool for Inert-Gas Chemistry Combined with Spectroscopy

Die Schutzgasumgebung liefert dabei eine bessere Schichthaftung der FDM-gedruckten Objekte. Wir konnten eine signifikante Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch den FDM-Druck unter Schutzgasbedingungen aufzeigen, was als Grundlage für die Entwicklung von verbesserten FDM-3D-Druckern dienen soll.

Prog. Addit. Manuf. 2016, 1, 3 - 7: Improved Mechanical Properties of 3D-Printed Parts by Fused Deposition Modeling Processed under the Exclusion of Oxygen

Moderne Materialien

Unter anderem für den 3D-Druck, aber auch für andere Anwendungen des Alltags, wird an funktionalisierten Monomeren und Polymeren, welche N-Donoren als metallbindende Liganden tragen, gearbeitet. Insbesondere zur Stabilisierung der biologisch abbaubaren und aus erneuerbaren Ressourcen zugänglichen Polylactide ist die Entwicklung einer reversiblen durch Metall-Ionen induzierten Vernetzung von Interesse.

Tetrahedron 2017, accepted: Reaction of N‐Heterocyclic Carbaldehydes with Furanones – An Investigation of Reactivity and Regioselectivity

 

Weitere Projekte beschäftigen sich mit dem Aufbau molekularer Architekturen. Ein Beispiel ist ein bestechend einfacher Weg, um eine freie radikalische Polymerisation in eine Quelle von Bottle-Brush-Polymeren zu verwandeln.

Polymer 2017, 111, 258 - 264: Radical polymerization of styrene in presence of poly(2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl-4-yl methacrylate) - formation of polymer brushes

 

 

Ein weiteres Forschungsgebiet konzentriert sich auf Herstellung wohldefinierter Hybridnanopartikel durch Vernetzung von N-Donor-haltigen funktionalisierten Polymeren mittels Metallionen in hochverdünnter Lösung. Die so zugänglichen Partikel haben u.a. eine hohe katalytische Aktivität in Palladium-katalysierten Kreuzkupplungen gezeigt. Dies wird wiederum als Startpunkt für die zukünftige Erzeugung katalytisch aktiver 3D-Druckmaterialien gesehen.

Begleitend zur praktischen Forschung wird theoretische Unterstützung zum tieferen Verständnis von Reaktionsmechanismen und analytischen Fragestellungen mittels DFT-Rechnungen geliefert. Dazu stehen auf einem kleinen Rechencluster derzeit 6 Nodes mit 34 Rechenkernen und Infiniband Interconnect zur Verfügung.

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