• Skip to main content
  • Skip to secondary menu
  • Zur Hauptsidebar springen

Die Chemie Zeitschrift Österreichs

Das unabhängige Traditionsmagazin

  • Das Magazin
    • Über die Österreichische Chemie Zeitschrift
    • 120 Jahre
    • Abonnement
    • Mediadaten
    • Online-Archiv
  • Resorts
    • Forschung
    • Foto Freitag
    • Messe
    • Publikation
    • Personalia
    • Bildung
  • Studienführer Technische Chemie
  • Chemie-Lexikon
  • Links
    • L&B
    • labor
    • Kunststoff
  • Welkin Media Verlag
Aktuelle Seite: Startseite / Publikation / Nanostrukturen für effizienten Transport von Lichtenergie

Nanostrukturen für effizienten Transport von Lichtenergie

10. Juli 2015 von Florian Fischer

Energietransfer durch eine einzelne supramolekulare Nanofaser. Grafik: Andreas T. Haedler

Die Umwandlung von Lichtenergie in Strom gewinnt immer mehr an Bedeutung. Technische Fortschritte auf diesem Gebiet hängen wesentlich davon ab, dass es gelingt, die durch Licht erzeugte Energie bei nur minimalen Verlusten zu transportieren. Dafür werden neuartige Komponenten und Bauelemente benötigt. Wissenschaftler der Universität Bayreuth und der FAU Erlangen-Nürnberg berichten jetzt im Forschungsmagazin „Nature“ über Nanofasern, die bei Raumtemperatur einen zielgerichteten Energietransport erstmals über mehrere Mikrometer ermöglichen. Dies wird durch einen quantenmechanisch kohärenten Transport entlang der einzelnen Nanofaser gewährleistet.

Nanostrukturen aus scheibchenförmigen Bausteinen

Die Forschergruppen um Dr. Richard Hildner und Prof. Dr. Hans-Werner Schmidt an der Universität Bayreuth haben supramolekulare Nanostrukturen hergestellt, in denen sich die von Licht erzeugte Energie geradlinig über mehrere Mikrometer fortpflanzt – und zwar bei Raumtemperatur, ohne dabei wesentlich schwächer zu werden. Diese Nanostrukturen sind aus über 10.000 identischen Bausteinen aufgebaut. Jeder Baustein ähnelt dabei in seiner Struktur einem Propeller mit drei Flügeln: In der Mitte befindet sich eine Carbonyl-verbrückte Triarylamin-Einheit; hieran sind drei Naphthalimidbithiophen-Chromophore befestigt, die nach außen abstehen. Diese scheibchenförmigen Bausteine bilden spontan durch Selbstorganisation Nanofasern mit Längen von mehr als 4 Mikrometern und einem Durchmesser von nur 0,005 Mikrometern (zum Vergleich: ein menschliches Haar ist ungefähr 50 bis 100 Mikrometer dick). Entscheidend für den Energietransport ist die Carbonyl-verbrückte Triarylamin-Scheibe, die von der Forschungsgruppe um Dr. Milan Kivala an der FAU Erlangen-Nürnberg synthetisiert und an der Universität Bayreuth chemisch modifiziert wurde.

Effizienter Energietransport bei Raumtemperatur

Mit einer Vielzahl von Mikroskopietechniken haben die Bayreuther Wissenschaftler sichtbar gemacht, wie die Energie eine solche Nanofaser in Längsrichtung durchläuft. Selbst bei einer Distanz von 4,4 Mikrometern treten nur äußerst geringfügige Verluste auf. Würde man – wiederum auf dem Weg der Selbstorganisation – die Faser um weitere Bausteine verlängern, könnte die Energie auch diese größere Reichweite durchlaufen. Beim Energietransport durch die Nanofaser arbeiten die perfekt angeordneten molekularen Bausteine in einer präzise aufeinander abgestimmten Weise. Sie geben die Energie in einem gleichmäßigen Takt von einem Baustein zum nächsten weiter: ein Phänomen, das in der physikalischen Forschung als quantenmechanische Kohärenz bezeichnet wird.

Pflanzliche Photosynthese als Vorbild

Chemische Struktur des scheibchenförmigen Bausteins. Grafik: Andreas T. Haedler

„Wir haben hier sehr vielversprechende Nanostrukturen vor uns, die deutlich machen, dass die Suche nach optimal geeigneten Materialien für den effizienten Transport von Lichtenergie ein lohnendes Forschungsgebiet darstellt“, erklärt Dr. Richard Hildner, der sich an der Universität Bayreuth auf das Forschungsgebiet des „Light Harvesting“ („Lichternte“) spezialisiert hat. Hier geht es darum, die Transportprozesse in der pflanzlichen Photosynthese möglichst genau zu verstehen, um die dabei gewonnenen Erkenntnisse für die Energieerzeugung aus Sonnenlicht zu nutzen.

„Die von uns synthetisierten supramolekularen Nanostrukturen können uns möglicherweise weiteren Aufschluss darüber geben, wie der Photosynthese-Apparat in Pflanzen oder auch in Bakterien funktioniert. Außerdem wollen wir in den nächsten Monaten prüfen, inwieweit sich diese Strukturen beispielsweise als Komponenten für neuartige Architekturen von Solarzellen und optischen Bauelementen eignen“, so Hildner.

Bayerische Kooperationen in der Polymerforschung

Die jetzt in „Nature“ veröffentlichten Forschungsergebnisse sind aus einer engen und in Deutschland einzigartigen interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Physikern und Chemikern auf dem Gebiet der Polymerforschung hervorgegangen. Die Arbeit an neuen Funktionsmaterialien für organische Solarzellen ist an der Universität Bayreuth ein Schwerpunkt innerhalb des Profilfelds „Polymer- und Kolloidforschung“ und ebenso im DFG-geförderten Graduiertenkolleg „Fotophysik synthetischer und biologischer multichromophorer Systeme“ (GRK 1640, Sprecher: Prof. Dr. Jürgen Köhler). Die Wissenschaftler bringen ihre Kompetenzen zudem in den Forschungsverbund SolTech ein, in dem die Universität Bayreuth und vier weitere bayerische Universitäten ihre Kompetenzen bündeln.

„Unser Beitrag in ‚Nature‘ ist auch ein Beleg für die ausgezeichnete Zusammenarbeit von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus der Chemie und Physik der Universitäten Bayreuth und Erlangen-Nürnberg. Zukünftig wollen die nordbayerischen Universitäten Bayreuth, Erlangen-Nürnberg und Würzburg ihre Kooperation im Rahmen des Bayerischen Polymerinstituts (BPI) weiter intensivieren“, so Prof. Dr. Hans-Werner Schmidt, der seitens der Universität Bayreuth den Aufbau des BPI vorantreibt.

Abb.1 – Energietransfer durch eine einzelne supramolekulare Nanofaser. Grafik: Andreas T. Haedler

Abb.2 – Chemische Struktur des scheibchenförmigen Bausteins.Grafik: Andreas T. Haedler

Publikation

Andreas T. Haedler et al.:
Long-Range Energy Transport in Single Supramolecular Nanofibres at Room Temperature,
Nature 523, 196 – 199 (9 July 2015)

DOI: 10.1038/nature14570

Kontakt

Dr. Richard Hildner
Experimentalphysik IV
Universität Bayreuth

Prof. Dr. Hans-Werner Schmidt
Makromolekulare Chemie I
Universität Bayreuth

Kategorie: Publikation Stichworte: Forschung, Nano, Publikation, Uni Bayreuth

Haupt-Sidebar

Die aktuelle Chemie

Newsletter

  • Unser Newsletter-Archiv

Welkin Media News

Aktuelle Nachrichten aus unseren anderen Online-Portalen Lebensmittel-&Biotechnologie und Österreichische Kunststoffzeitschrift.

  • Coperion Recycling Innovation Center jetzt in Betrieb
    am 27. November 2023 von Kerstin Sochor (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Coperion hat den Betrieb seines neuen Recycling Innovation Centers erfolgreich aufgenommen. In diesem hochmodernen Test Center für Kunststoff-Recycling-Anwendungen können nun alle Prozessschritte der Rezyklierung – von der Materialförderung und […]

  • PPWR neu: Umsetzung in der Praxis
    am 27. November 2023 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Auf der von OFI und ARA organisierten Infoveranstaltung zur neuen PPWR informierten Experten über Neuigkeiten und Umsetzungsstrategien. Bezug genommen wurde dabei insbesondere auf die Themenbereiche Recyclingfähigkeit, Rezyklateinsatz sowie den […]

  • Antibiotika-Produktionsanlage in Kundl eingeweiht
    am 24. November 2023 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Das schweizer Unternehmen Sandoz hat Anfang November seine ausgebaute Antibiotika-Produktionsanlage in Kundl, Österreich, eingeweiht. Neben der 150-Millionen-Euro-Investition in Kundl hat das Unternehmen zudem 25 Millionen in ein neues […]

  • Ultrasim Simulation nun auch für Partikelschaum
    am 24. November 2023 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Die BASF deckt mit der neuen Ultrasim Simulation nun auch Fertigungsprozesse von Bauteilen aus Partikelschaum ab. Entwickelt wurde die neue Lösung für das E-TPU Infinergy, das in den unterschiedlichsten Anwendungen zum Einsatz kommt - vom […]

  • Alpla: Recycelter Kunststoff senkt CO2-Verbrauch um bis zu 87 Prozent
    am 23. November 2023 von Kerstin Sochor (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Recycling wirkt: Kunststoffverpackungsspezialist Alpla betreibt unter der Marke Alplarecycling weltweit topmoderne Werke für die Produktion von rPET (recyceltes PET) und rHDPE (recyceltes HDPE). Die Berechnung des Product Carbon Footprint durch das […]

  • Umzug der Zentrale von KraussMaffei abgeschlossen
    am 22. November 2023 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Mit dem Umzug nach Parsdorf hat KraussMaffei eines der größten Verlagerungsprojekte in seiner 185-jährigen Geschichte abgeschlossen. Der Standort umfasst 97.000m², wovon 53.000m² auf Hallen und Bürokomplexe entfallen. Hier richtet KraussMaffei […]

  • WLK energy liefert grünen Strom an Lenzing
    am 22. November 2023 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Mit dem neuen Windpark in Engelhartstetten wird die WLK energy die Lenzing AG für einen Zeitraum von 15 Jahren mit grünem Strom versorgen. Die WLK investiert rund 90 Mio. Euro, die Bauzeit beträgt 15 Monate. Der Windpark wird eine Stromkapazität […]

  • HolyPoly startet Crowdfunding Runde
    am 20. November 2023 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Das Dresdner Recycling-Start-up HolyPoly setzt für die Erweiterung seines Forschungs- und Entwicklungsteams auf Crowdinvesting. Holy-Poly entwickelt zirkuläre Geschäftsmodelle für namhafte Großkonzerne, indem es die Kreislaufwirtschaft direkt […]

  • SPE AutomotiveAward: Innovative Komponenten gesucht
    am 20. November 2023 von Kerstin Sochor (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Es ist wieder soweit: Die Internationale Gesellschaft für Kunststofftechnik / SPE Central Europe ruft alle Unternehmen der Kunststoffbranche auf, ihre innovativen Bauteile für den Fahrzeugbau zum 22. AutomotiveAward einzureichen. The post SPE […]

  • Kreislauflösung für Big Bags
    am 20. November 2023 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    PRT, LC Packaging, Starlinger und Velebit Recyling schließen gemeinsam den Kreislauf von Big Bags mit einem Recyclinganteil von 30 Prozent. Die nächste Herausforderung der Initiative liegt in der Realisierung eines geschlossenen Kreislaufs für […]

Schlagwörter

ABB Aktuelle Nachrichten über BASF analytica Analytik Analytik Jena Automation Automatisierung Awards B&R Borealis BR CEM CO2 Danfoss Digitalisierung Endress+Hauser Evonik FCIO Festo Finance Forschung Foto Freitag FotoFreitag Hardware Industrie 4.0 Jubiläum Kreislaufwirtschaft Labor LANXESS Lenzing Logistik Messe Messe München MesseNews Messer Nachhaltigkeit OMV Personalia Publikation Pumpen Recycling Shimadzu Software TU Graz Webinar

Kategorien

Copyright © 2023 · WelkinMedia Fachverlag