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FAU-Chemiker Andreas Hirsch erhält Millionenförderung zur Erforschung von schwarzem Phosphor

Schicht um Schicht – wie ein FAU-Forscher Moleküle auseinander nimmt

 Der FAU-Chemiker Andreas Hirsch bekommt von der EU 2,49 Millionen Euro, um schwarzen Phosphor auf molekularer Ebene zu erforschen. Der Inhaber des Lehrstuhls für Organische Chemie II der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) will so neue Anwendungsfelder beispielsweise im Bereich elektrischer Energiespeicher oder Solarzellen erschließen. Das könnte Batterien langlebiger machen oder Solarzellen mehr elektrische Energie produzieren lassen. Dies ist bereits der zweite ERC Advanced Grant, den Hirsch für ein Forschungsprojekt bewilligt bekommt. Er ist damit der erste FAU-Wissenschaftler, dem dies gelungen ist.

 Einen alten Stoff neu unter die Lupe nehmen

Andreas Hirsch gestaltet neue Materialien. In seinem Labor setzt er diese aus Molekülbausteinen zusammen und untersucht dann ihre Eigenschaften. Dabei ist er auf der Suche nach Stoffen, die sich zum Beispiel im Bereich der Elektronik auf molekularer Ebene einsetzen lassen. So wie schwarzer Phosphor.

 Dieser ist eine der ungefährlichen Varianten des leichtentzündlichen und hochgiftigen weißen Phosphors. Während die einzelnen Moleküle des weißen Phosphors wie vierseitige Pyramide mit dreieckigen Grundflächen aufgebaut sind, lagern sich die Phosphoratome der schwarzen Variante in übereinanderliegenden Schichten an und bilden so ein wabenförmiges, gewelltes Kristallgitter. Hirsch möchte nun die zweidimensionalen Eigenschaften des schwarzen Phosphors untersuchen, indem er die einzelnen Schichten durch chemische Verfahren voneinander trennt, ähnlich einem Blatt Papier, das man von einem ganzen Stapel herunternimmt. Denn so wie sich ein einzelnes Blatt Papier in seinen Eigenschaften anders verhält als der gesamte Stapel, verhalten sich auch die einzelnen atomdicken Schichten des schwarzen Phosphors anders als in ihrer kompakten Form. „Erst vor kurzem hat sich nämlich herausgestellt, dass diese dünnen Schichten herausragende elektrische Eigenschaften besitzen“, erklärt Hirsch. Diese Eigenschaften, wie zum Beispiel eine hohe Beweglichkeit von elektrischen Ladungen bei gleichzeitiger Transparenz des Materials, lassen sich noch weiter beeinflussen, wenn andere Molekülgruppen wie Polymere an den Phosphor anbinden. Der Forscher hofft so, neue Anwendungsfelder für den schwarzen Phosphor zu erschließen. Besonders interessant könnte dies beispielsweise für die Entwicklung neuer Batterien sein. Diese könnten dadurch sehr viel leistungsfähiger werden als bisherige Lithium-Ionen-Batterien, die in Laptops oder Handys, aber auch in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen.

 Ein herausragender Forscher an der FAU

Dafür bewilligte der Europäische Forschungsrat (ERC) Prof. Hirsch nun Forschungsmittel in Höhe 2,49 Millionen Euro. Der sogenannte ERC Advanced Grant ist eine besondere Förderung für absolute Spitzenprojekte durch die Europäische Union. Dieser wird nur Forscherinnen und Forschern in Europa zuteil, die in den letzten zehn Jahren herausragendes auf ihren Forschungsfeldern geleistet haben. Den Grant erhält Hirsch nach 2009 nun schon zum zweiten Mal. Damals untersuchte der Chemiker Graphen. Graphen ist ein Kohlenstoff, der ebenfalls wabenförmig in Schichten von der Stärke eines Atoms angeordnet ist und ganz außergewöhnliche Fähigkeiten besitzt. So ist er transparent, sehr leicht, extrem hart und sehr viel zugfester als Stahl. Er könnte zukünftig bei neu entwickelten Computern, in der Photovoltaik oder sogar in der Medizin zum Einsatz kommen. Hirsch erforschte ab 2009 die Grundlagen für dessen chemische Funktionalisierung und hat dabei unter anderem ein hydriertes Graphen erzeugt, welches Wasserstoffspeichereigenschaften aufweist. 

 Andreas Hirsch hat seit 1995 den Lehrstuhl für Organische Chemie II an der FAU inne. Er ist Sprecher des Sonderforschungsbereichs 953 „Synthetische Kohlenstoffallotrope“ und der Graduate School Molecular Science (GSMS) sowie ein Forschungsfeldkoordinator des Exzellenzclusters „Engineering of Advanced Materials“ der FAU. Außerdem ist Hirsch Sprecher der kollegialen Leitungen des Interdisziplinären Zentrums für Molekulare Materialien (ICMM) und des Zentralinstituts für Neue Materialien und Prozesstechnik (ZMP), welches in Fürth angesiedelt ist.

 Mit dem ZMP in Fürth ist die FAU für das Forschungsvorhaben besonders gut aufgestellt. „Die Labore des ZMP bieten uns die weltweit besten Voraussetzungen, um unsere anspruchsvollen Ziele auch erfolgreich zu realisieren“, sagt Hirsch. Denn auf Grund der erprobten Experimente zum Beispiel in der Graphenforschung, sind besondere Mikroskope, Spektrometer und andere „high-end“ Instrumente, sowie das benötigte Expertenwissen bereits vor Ort vorhanden.

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