Katalys, varvid ett ämne påskyndar en kemisk reaktion, men förblir oförändrad, är av central betydelse för många industriella processer. För att utveckla effektiva katalysatorer optimerade för olika applikationer, forskare från olika discipliner som arbetar i Collaborative Research Center "Molecular Structure of Soft Matter" (CRC 1176) av KIT inspirerades av biologiska modeller. Kemisterna kombinerade struktureringen av naturliga enzymer med designen av syntetiska makromolekyler.

Som rapporterats av forskarna i Journal of the American Chemical Society , deras arbete är inspirerat av strukturen hos metallo-enzymer, katalytiskt aktiva proteiner som innehåller en metall. De infogar specifikt metalljoner i en skräddarsydd polymerram. Resultaten är katalytiskt aktiva enkelkedjiga nanopartiklar. "I de första studierna, dessa nya multifunktionella nanoreaktorer nådde mycket lovande resultat både vad gäller katalysatoregenskaper och produktbildning, säger professor Christopher Barner-Kowollik, Chef för Macromolecular Architectures Group vid Institutet för kemisk teknik och polymerkemi (ITCP), och professor Peter Roesky, Chef för ordföranden för oorganiska funktionella material vid KIT:s institut för oorganisk kemi (AOC).

De katalytiskt aktiva enkelkedjiga nanopartiklarna har utvecklats av det KIT-koordinerade forskningscentret "Molecular Structure of Soft Matter" (CRC 1176) finansierat av German Research Foundation (DFG) i nära samarbete med Queensland University of Technology (QUT) i Brisbane/Australien. Inom detta forskningscenter för samarbete, forskare arbetar med teoretiska, analytisk, och syntetiska processer för att specifikt justera kedjelängden eller sekvensen av byggstenarna i stora molekyler, till exempel. Målet är den kontrollerade struktureringen av mjuk materia på molekylär nivå i tre dimensioner för att erhålla makromolekyler exakt utformade för definierade funktioner.

Kemiska lösenord och molekylära vävnader

Inom CRC 1176, KIT-forskare hittade också ett sätt att på ett tillförlitligt sätt skydda digitalt överförd känslig information. De kombinerade datavetenskap och kemikunskaper, dvs en vanlig krypteringsprocess och ett kemiskt lösenord. Det representerar en kemisk förening med en viss sekvens av byggstenar och bifogade sidokedjor. Bokstäver och siffror tilldelas de kemiska komponenterna.

En annan höjdpunkt i CRC 1176 är tvådimensionella tyger gjorda av monomolekylära polymertrådar. För att producera dessa vävnader av ett enda molekylärt lager i tjocklek, forskarna använde ytmonterade metall-organiska ramverk, kallas SURMOFs, som "vävstolar". Polymertrådarna hålls samman av de kemiska krafter som uppstår från vävmönstret, så att de molekylära vävnaderna är lika flexibla som konventionella tyger.