Arbeitsgruppe Mikro- und nanostrukturierte Systeme

Mission Wissenschaft

Mikro- und nanostrukturierte Systeme gewinnen in der Verfahrenstechnik und für Life-science Anwendung zunehmend an Bedeutung. Diese funktionellen Materialien sind überwiegend Kompositsysteme mit gezielt auf die Anwendung zugeschnittenen Eigenschaften.

Unter Kompositmaterialien verstehen wir sowohl rein organische Kombinationen als auch Komposite aus anorganischen und organischen Bestandteilen. Allen gemeinsam ist eine eingebaute Funktionalität. Fest-fest Komposite beinhalten poröse Materialien wie Aerogele und MOFs, aber auch organische Komposite bestehend aus einem Kapselungsmaterial und einem Wirkstoff. Hier interessiert vor allem die Wechselwirkung der eingesetzten Materialien. So kann durch eine geschickte Kombination aus Material und Herstellungsprozess z.B. die Stabilisierung einer polymorphen Struktur durch die gewählte Matrix erreicht werden. Außerdem untersuchen wir Wirkung von Additiven auf die Verkapselung von Flüssigkeiten und deren Freisetzung.

Ferner synthetisieren und funktionalisieren wir poröse Materialien. Silizium basierte Materialien wie Aerogele, MCM-41 oder SBA 15 lassen sich sowohl in-situ also auch post-synthetisch modifizieren. Auch hier hat die Auswahl der eingesetzten Lösungsmittel einen großen Einfluss auf die erzielte Struktur und Funktionalität. Neben den Edukten und Auxiliarien haben auch Druck, Temperatur und die Anwendung von Ultraschall einen großen Einfluss auf die Synthese und die Charakteristik der porösen Produkte.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung und Synthese supramolekularer Strukturen wie 3D-Koodinationspolymere und MOFs. Die chemische Strukturaufklärung muss hier in den meisten Fällen per Einkristallröntgendiffraktometrie erfolgen. Die Erzeugung von Einkristallen supramolekularer Strukturen stellt hier eine große Herausforderung dar. Wir untersuchen den Einfluss verschiedener Lösungsmittel auf die Einkristallherstellung und den Einfluss des Lösungsmittels auf die erhaltene Struktur.

Hauptaugenmerk bei allen Entwicklungen liegt auf der Verwendung von unkonventionellen und GRAS Lösungsmitteln. Hier sehen wir ungenutztes Potential zum Prozess- und Produktdesgin. So lässt sich die Prozessführung von katalytischen Prozessen, die Gase wie z.B. technische Luft oder Wasserstoff einsetzen, auf Basis der Phasengleichgewichte verbessern. Dies gilt auch für Trennprozesse wie Extraktion und Kristallisation. Wir untersuchen das Potential von unkonventionellen Lösungsmitteln, z.B. für die gasunterstützte Kristallisation – auch von Einkristallen und Polymorphen - und zur chiralen Trennung.

Ansprechpartner:

    Dr. Sabine Kareth

    Lehrstuhl Verfahrenstechnische Transportprozesse
    Universitätsstr. 150
    44780 Bochum
    Raum IC 3/65
    Tel:+49-(0)234 32-27371
    Fax:+49-(0)234 32-14277
    E-Mail:kareth@vtp.rub.de


Forschungsschwerpunkte

  • Funktionelle Materialien
    • Nano poröse Systeme
    • Kompositmaterialien
  • Unkonventionelle und GRAS Lösungsmittel
  • Supramolekulare Chemie
  • Chemische Reaktionen

Forschungsziele

Funktionelle Materialien

Verschiedenartige funktionelle Materialien für verfahrenstechnische und Life-science Anwendungen designen, herstellen und die dahinterstehenden Prinzipien verstehen. In-situ und postsynthetische Modifizierungen durchführen, vergleichen, gegenüberstellen und bezüglich der gewünschten Anwendung bewerten. Wechselwirkungen und gegenseitige Beeinflussung verschiedener Materialien in Kompositanwendung untersuchen und verstehen.

Unkonventionelle und GRAS-Lösungsmittel

Den Einfluss von unkonventionellen und GRAS-Lösungsmitteln auf Reaktionen und Materialien untersuchen, verstehen und für neue Reaktionspfade und Materialien nutzen

Supramolekulare Chemie

Supramolekulare Systeme synthetisieren und den Einfluss von verdichteten Gasen und anderen Lösungsmitteln auf die entstehenden Strukturen untersuchen und verstehen. Verdichtete Gase zur Erzeugung von Einkristallen einsetzen und Kristallisation in gasgesättigten Lösungen verstehen und beschreiben.

Chemische Reaktionen

Den Einfluss des Phasengleichgewichts auf ausgesuchte chemische Reaktionen untersuchen, verstehen und beschreiben.

Besondere Ausstattung

Klassische chemische Synthesen können atmosphärisch, unter Schutzgas und unter Hochdruck durchgeführt werden.

Neben Hochdruckanlagen zur klassischen Bestimmung von Phasengleichgewichten mittels der synthetischen oder statisch-analytischen Methode, steht ein Hochdruckautoklav mit gekoppeltem GC zur Verfügung, der at-line Analyse von Phasengleichgewichten von gering löslichen Gasen in leicht flüchtigen Lösungsmitteln erlaubt. Des Weiteren steht eine Anlage zur Bestimmung der Viskosität gasgesättigter Flüssigkeiten zur Verfügung.

Zur Erzeugung von Kompositsystemen verfügt die Arbeitsgruppe über eine Hochdrucksprühanlage.