Das Einfangen von Kohlenstoff-Nanostrukturen in Gels auf Peptid-Basis
Hybridwerkstoffe bieten die Möglichkeit, die bekannten Charakteristika jedes einzelnen Bestandteils miteinander zu kombinieren, um neue Funktionalitäten und Eigenschaften hervorzubringen. Die große Vielfalt supramolekularer Gel-Architekturen konnte kürzlich erfolgreich mit anderen Einheiten kombiniert werden, um eine Empfindlichkeit gegenüber Licht und Chemikalien für Tast- und Schaltanwendungen zu erzielen.EU-finanzierte Wissenschaftler entwickelten ein neues Gel-Hybridsystem für optoelektronische Anwendungen im Rahmen des Projekts "Pi-electronic gel hybrids: Towards smart photoactive nanomaterials" (GELBRID). Die weichen Werkstoffe basieren auf durch Peptid ersetzten Molekülen, die mit anorganischen Nanopartikeln oder Modifikationen von Kohlenstoff gekreuzt wurden.Squaraine-Farbstoffe sind eine Klasse organischer Farbstoffe, die über ein starkes Aufnahmevermögen im sichtbaren bis Infrarot-nahen Bereich des elektromagnetischen Spektrums verfügen. Sie werden auf dem Gebiet der Sensoren und Solarzellen intensiv untersucht. Mit einer wegweisenden Arbeit bewies das Team die durch Beschallung induzierte Gelbildung eines Peptid-funktionalisierten Squaraine-Farbstoffs, die durch das Hinzufügen sehr geringer Mengen von einwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen beschleunigt wurde. Eine umfassende spektroskopische und mikroskopische Charakterisierung machte den Mechanismus der Selbstanordnung deutlich.Die Ergebnisse ebnen den Weg zu einer rationalen Gestaltung und einer einfachen, kostengünstigen Aufbereitung nanostrukturierter Hybridwerkstoffe, die aus Squaraine- und Kohlenstoff-Allotropen, wie Fullerenen, Kohlenstoffnanoröhrchen und Graphenen, hergestellt werden. Die weitere Entwicklung sollte zu neuartigen optoelektronischen Geräten mit interessanten neuen Funktionalitäten führen.In einem weiteren Forschungsansatz wurde die Nutzbarmachung der den Peptidelementen inhärenten Fähigkeit untersucht, bidirektionale Wasserstoffbrücken zu bilden, um p-dotierte Halbleiterwerkstoffe mit n-dotierten zu kombinieren. Das Team konnte die Selbstanordnung zu einer helixförmigen Gel-Nanostruktur bei einem p-dotierten Peptid nachweisen, das mit n-dotierten Werkstoffen wie Fullerenen und Perylen-Diimiden vereint (schwach gebunden) wurde. Studien zur Leitfähigkeit zeigten, dass die Beimischung von n-dotierten Werkstoffen die Ladungsträgerbeweglichkeit und die Ladungsträgerlebensdauer des Gels erhöhten.Im Projekt GELBRID wurde ein maßgeblicher Fortschritt bei der Gestaltung und Herstellung neuartiger Gel-Hybridwerkstoffe erzielt, der über ein vielversprechendes Potenzial verfügt, in optoelektronischen Geräten angewandt zu werden. Indem man die Selbstanordnung der Peptide mit neuartigen Funktionalitäten, die durch Kohlenstoffnanostrukturen geboten werden, kombiniert, erhält man innovative und wissensbasierte Nanowerkstoffe, die zu verbesserten und kostengünstigeren Solarzellen führen und sich besser im Markt durchsetzen könnten, um so die ambitionierten Ziele der EU hinsichtlich erneuerbarer Energien zu erreichen. Zahlreiche weitere Gebiete, wie Sensorik und Biomedizin könnten ebenfalls von den Projektergebnissen profitieren.
