Gezielt beeinflusst
FAU-Wissenschaftler erforschen Eigenschaften von Hybridsystemen aus Kohlenstoffnanostrukturen und Farbstoff
Die Eigenschaften von Kohlenstoffnanostrukturen so zu kontrollieren, dass sie für den jeweiligen Zweck maßgeschneidert sind: Daran forschen Wissenschaftler weltweit, um die vielversprechenden Materialien im Miniformat industriell nutzbar zu machen. Forschern der FAU ist es nun gelungen, die Eigenschaften von Hybridsystemen aus Kohlenstoffnanostrukturen und einem Farbstoff gezielt zu beeinflussen.
Nanostrukturen aus Kohlenstoff bergen viel Potenzial: Sowohl zweidimensionales Graphen als auch eindimensionale Kohlenstoffnanoröhren verfügen über einzigartige Eigenschaften, die sie für Anwendungen in der Industrie interessant machen. Kombiniert mit einem Farbstoff, der Wellenlängen im nahen infrarot Bereich absorbiert, könnten die Kohlenstoffnanostrukturen beispielsweise in neuartigen Solaranlagen genutzt werden. Diese würden nicht nur – wie bisherige Anlagen – Strahlung mit Wellenlängen im sichtbaren Bereich verwerten, sondern eben auch Wellenlängen im nahen infrarot Bereich. Dies wäre jedoch nur eine von mehreren möglichen Anwendungsgebieten – auch die Implementierung in Sensoren, in Elektroden für Touch Screens oder in Feldeffekttransistoren ist möglich.
Bevor jedoch an konkrete Anwendungen gedacht werden kann, müssen Wissenschaftler zunächst die Mechanismen innerhalb dieser Hybridsysteme aus Kohlenstoffnanostruktur und Farbstoff verstehen. Diesem Ziel sind nun FAU-Wissenschaftler des Lehrstuhls für Physikalische Chemie I einen Schritt näher gekommen.
Alexandra Roth und Christoph Schierl aus der Arbeitsgruppe von Professor Guldi haben im Labor Hybridsysteme aus Graphen und Farbstoff sowie Kohlenstoffnanoröhrchen und dem Farbstoff hergestellt – und zwar in der Flüssigphase, was niedrige Kosten, aber auch einen vereinfachten Umgang mit den Materialien gewährleistet. Für ihre Forschung von Vorteil war dabei, dass die Wissenschaftler beide Hybridsysteme komplementär hergestellt und untersucht haben. Auf diese Weise konnten sie die generierten Daten vergleichbar für beide Systeme aus- und bewerten.
Dass sich die Materialien tatsächlich zu Hybridsystemen formten, zeigen die Veränderungen der photophysikalischen Eigenschaften. So haben die Wissenschaftler nachgewiesen, dass der Farbstoff durch Wechselwirkungen im Grundzustand die elektronischen Eigenschaften der Kohlenstoffnanostrukturen gezielt beeinflusst. Indem es ihnen gelungen ist, die Eigenschaften der Hybridsysteme zu kontrollieren, sind die FAU-Wissenschaftler der effizienten Nutzung dieser Kohlenstoffstrukturen einen Schritt näher gekommen.
Des Weiteren beobachteten die Wissenschaftler, dass wenn sie die Hybridsysteme mit Licht anregen, pro Farbstoffmolekül ein Elektron zu den Kohlenstoffnanostrukturen übertragen und erst nach wenigen Nanosekunden wieder zum Farbstoff zurückübertragen wird – eine Eigenschaft, die für die Verwendung in Farbstoffsolarzellen unabdingbar ist.
Die Ergebnisse haben die Wissenschaftler in dem Journal Chem veröffentlicht: doi: 10.1016/j.chempr.2017.05.003
Weitere Informationen:
Prof. Dirk M. Guldi
dirk.guldi@fau.de