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Polymersynthese

Erstmalige Synthese eines zweidimensionalen Polymers

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Letzteres ist in guter Übereinstimmung mit der Höhe des Modells (2,4 nm). So schön wie diese Aufnahme auch aussieht, sie gestattet nicht die Aussage, dass die Monomere tatsächlich miteinander verbunden sind. Um diesen berechtigten Einwand zu entkräften sei angefügt, dass die untersuchten Schichten in demselben Solvens unlöslich sind, in dem sich die unbehandelten Monomerkristalle innerhalb von Minuten vollständig auflösen. Also muss es zu einer Bindungsbildung gekommen sein. Dass es sich bei der Aufnahme auch nicht um einen Artefakt der Methode handeln kann, wird durch die in Abbildung 3b gezeigte Elektronendiffraktion bewiesen. Zusätzlich konnten die Polymerkristalle in Einzelschichten exfoliiert werden, von denen einzelne in der Atomkraftmikroskopie tatsächlich eine hexagonale Begrenzung aufweisen (s. Abb. 3c). Ramanspektroskopische Untersuchungen erbrachten Evidenz für die postulierte [4+2]-Cycloaddition (nicht gezeigt) und rundeten das Bild ab. Das erste nicht-natürliche zweidimensionale Polymer war geboren [5].

Proof of Principle erreicht – Wie geht es weiter?

Nach etlichen Jahren harter Arbeit mehrerer Diplomanden, Doktoranden und Postdocs ist man im Überschwang geneigt zu glauben, dass viel erreicht wurde. Es ist zwar richtig, dass dies die erste rationale Synthese eines flächigen, innerlich geordneten Polymers ist und dass man nun über die Erzeugung flächiger WHEs wie in Graphen reden kann (s. Abb. 4). So schön dieser Erfolg auch sein mag, vergleicht man die volkswirtschaftliche und gesellschaftliche Bedeutung der 300 Mio. Tonnen an linearen Polymeren, die jährlich weltweit produziert werden, mit den wenigen Milligramm an 2DP, wird die Begeisterung schnell wieder auf das richtige Maß zurecht gestutzt. Sehr viel bleibt noch zu tun, um den 2DP zum Durchbruch zu verhelfen.

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An allererster Stelle steht dabei die wesentlich vereinfachte synthetische Zugänglichkeit. Hier hoffen die Schweizer Forscher auch mit der Unterstützung anderer Laboratorien gut voranzukommen. Schließlich gilt es, größere Mengen an stabilen Dispersionen einzelner 2DP zu erzeugen, weil erst mit deren Hilfe ihre Eigenschaften umfassend untersucht werden können. Wie vergleicht sich ein 2DP mit einem linearen Polymer in Bezug auf Elastizität, Young Modulus, Selbstähnlichkeit oder Barriere- und Beschichtungseigenschaften? Diese Kernfragen müssen schnellstmöglich angegangen werden, wie ein einfaches Beispiel illustriert: Lineare Polymere knäueln in Lösung und in Schmelze und die Knäuel verschlaufen sich. Genau darauf beruhen viele ihrer Eigenschaften. 2DP hingegen können strukturbedingt nicht knäueln, sie können sich auch kaum verschlaufen. Dafür können sie sich wie ein Tischtuch falten, verkrumpeln, raffen und aufrollen. Wo zeigt sich dieser Unterschied, wie kann man ihn nutzen? Lässt sich die Polymerphysik, die für lineare Polymeren entwickelt wurde, überhaupt 1:1 auf 2DP übertragen? Erst wenn all dies verstanden ist, können nicht-natürliche 2DP zahlreiche Anwendungen z.B. in der Nanofiltration, als Barrierematerialien und Nukleierungsagenzien bis zu kratzfesten Beschichtungen ermöglichen.

Literatur

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene

[2] http://de.wikipedia.org/wiki/Hermann_Staudinger

[3] H. Staudinger „Über Polymerisation“ Ber. Dtsch. Chem. Ges.1920, 53B, 1073-1085.

[4] J. Sakamoto, J. Van Heijst, O. Lukin, A. D. Schlüter, Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 1030-1069.

[5] P. Kissel, R. Erni, W. B. Schweizer, M. D. Rossell, B. T. King, T. Bauer, A. D. Schlüter, J. Sakamoto, Nat. Chem. 2012, 4, 287–291.

* *Priv. Doz. Dr. J. Sakamoto und Prof. Dr. A. D. Schlüter: Laboratorium für Polymerchemie, Departement für Materialwissenschaft, ETH Zürich, 8093 Zürich/Schweiz

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