Farbenfrohe Nanoröhrchen

  • 19. July 2017

Absorptionseigenschaften von Kohlenstoffnanoröhrchen gezielt eingestellt.

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 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ist es nun gelungen, die Eigenschaften von Hybridsystemen aus Kohlenstoff­nano­strukturen und einem Farbstoff gezielt zu beeinflussen.

Abb.: Sowohl Kohlenstoffnanoröhrchen als auch Graphen lassen sich mit Farbstoffen funktionalisieren. (Bild: A. Roth et al.)

Abb.: Sowohl Kohlenstoff­nanoröhrchen als auch Graphen lassen sich mit Farbstoffen funktionalisieren. (Bild: A. Roth et al.)

Nanostrukturen aus Kohlenstoff bergen viel Potenzial: Sowohl zweidimensionales Graphen als auch ein­dimensionale Kohlenstoff­nanoröhrchen verfügen über einzig­artige Eigenschaften, die sie für Anwendungen in der Industrie interessant machen. Kombiniert mit einem Farbstoff, der Wellenlängen im nahen infrarot Bereich absorbiert, könnte man die Kohlenstoff­nanostrukturen beispielsweise in neuartigen Solar­anlagen nutzen. 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 Wissenschaftler der effizienten Nutzung dieser Kohlenstoff­strukturen einen Schritt näher gekommen.

Desweiteren beobachteten die Wissenschaftler, dass bei der Anregungn von Hybridsystemen mit Licht pro Farbstoff­molekül ein Elektron zu den Kohlenstoff­nanostrukturen übertragen und erst nach wenigen Nanosekunden wieder zum Farbstoff rück­übertragen wird – eine Eigenschaft, die für die Verwendung in Farbstoff­solarzellen unabdingbar ist.

FAU / DE

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