English China
Suchen

Polymersynthese

Erstmalige Synthese eines zweidimensionalen Polymers

Seite: 2/3

Firmen zum Thema

Schlüsselkriterien der Synthese zweidimensionaler Strukturen

Woran sind die bisherigen Versuche gescheitert und was sind deshalb wahrscheinliche Schlüsselfaktoren? Die wichtigsten Faktoren in aller Kürze:

  • Anordung der Monomere in Schichten schon vor der Polymerisation (z.B. in Kristallen, an Grenzflächen oder in flüssigkristallinen Schichten).
  • Einsatz konformativ wenig beweglicher Monomere, die die polymerisationsfähigen Gruppen in geometrisch fixierter Beziehung zueinander gegenüber den Nachbar-Monomeren exponieren.
  • Verwendung einer Polymerisationsreaktion, die keine Zufuhr von Reagenzien oder Abfuhr von Produkten erfordert, um die Ordnungsbildung nicht durch Diffusionsprozesse zu erschweren.

Kristalle mit reaktiven und unreaktiven Schichten

Abbildung 1 zeigt das konkrete Monomer, das wesentlich komplexer ist, als die in Abbildung 2 gezeigten hypothetischen Monomere zu Graphen. Die konformative Beweglichkeit des Monomers ist durch den Triester im oberen Teil stark eingeschränkt. Dieser hält die drei Bügel zusammen und zwingt die roten polymerisationsfähigen Einheiten in eine strikte Geometrie zueinander. Das dargestellte Monomer sollte dafür aber – wenn auch etwas umständlich – zugänglich und vor allem handhabbar sein, und darüber hinaus auch in Schichten kristallisieren. Die in diesen Schichten alternierend nach oben und unten angeordneten Monomere sollten dann über die in Rot dargestellten Bereiche photochemisch im Sinne einer [4+2]-Cycloaddition miteinander zur Reaktion zu bringen sein. Wäre das erreicht, müsste man „nur“ noch die polymerisierten Schichten durch Exfoliierung voneinander ablösen und die molekulare Struktur der einzelnen Schichten beweisen.

Bildergalerie

Diese Vorgehensweise hätte mehrere Vorteile, von denen zwei genannt seien. Zunächst wäre der Monomerkristall in reaktive und nicht-reaktive Unterschichten eingeteilt. Sollte also bei der Polymerisation etwas nicht so ganz im gewünschten Sinne ablaufen (z.B. eine Nebenreaktion), wäre die Reaktivität dennoch auf die in Rot dargestellten Schichten begrenzt. Die weißen Unterschichten würden als Isolatoren wirken und damit eine dreidimensionale Vernetzung des Kristalls verhindern. Daneben sollte sich die Kristallgestalt letztlich in die Gestalt des 2DP übersetzen.

Wie man in Abbildung 1b sieht, sind die Monomerkristalle hexagonal. Also sollten auch die 2DPs eine hexagonale Begrenzung aufweisen, sofern die schichtartigen Polymere nicht bei der Exfoliierung zerreißen. Bei der zu erwartenden sehr komplexen Analytik war dies ein wertvoller Indikator für den Erfolg der Strategie. Tatsächlich ließen sich diese Überlegungen so realisieren und Abbildung 3 gewährt einen Einblick in die Analytik des ersten synthetischen 2DPs. Zunächst sieht man eine elektronenmikroskopische Aufnahme an einem Schichtenbündel, in dem die polymerisierten Monomere bienenwabenartig angeordnet sind. Man sollte beachten, dass manche der Schichten hexagonal begrenzt sind und alle Schichten über eine konstante Höhe von etwa 2,5 nm verfügen.

(ID:33533670)