Aktuelle Trends zum Design und Anwendungspotential Ferrocen-haltiger Polymere

Mit der Entdeckung von Ferrocen Mitte des 20. Jahrhunderts wurde nicht nur die Metallorganischen Chemie revolutioniert. Auch mit Blick auf die Polymerwelt tragen Metallopolymere im Allgemeinen und speziell Ferrocen-haltige Polymere eine immer größer werdende Rolle. Als Hintergrund für die zunehmende Bedeutung können die mitunter redox-schaltbaren, optischen und katalytischen Eigenschaften des Ferrocens aufgeführt werden. Dabei stellt speziell die Synthese von nicht nur einfachen Homopolymeren eine teils immense Herausforderung dar. Darüber hinaus bieten Blockcoopolymere sowie oberflächenverankerte Metallopolymer-Architekturen wegen ihrer herausragende strukturbildenden Fähigkeiten auf der Nanometerskala sowohl in der Bulk-Phase wie auch in der Lösung ein außerordentliches Anwendungspotential. Hierzu zählen beispielsweise schaltbare – sogenannte smarte - Oberflächen, steuerbare Materialien zur Wirkstofffreisetzung, redox-aktive Membranen oder auch photonische Materialen.

In einem von Dr.-Ing. Markus Gallei und Christian Rüttiger kürzlich veröffentlichten Minireview werden die Herausforderungen der Synthese hin zu definierten Metallopolymerarchitekturen aufgenommen und die Realisierung mittels unterschiedlichster Polymerisationsmethoden anhand aktueller Beispiele und Errungenschaften der letzten Dekade zusammengefasst. Dabei finden speziell die kontrolliert radikalischen Polymerisationsmethoden, aber auch die „echte lebende“ anionische Polymerisation Anwendung. Über grafting-from und grafting-to Strategien werden zudem Beispiele für auf Oberflächen immobilisierte Ferrocen-haltige Polymere gezeigt, welche speziell im Hinblick auf die redox-schaltbare Benetzbarkeit an dichten Substraten, auf Partikeln oder gar in Nanoporen ein enormes Potential für neue Materialien und Anwendungen zeigen. Darüber hinaus werden die aus der gezielten Herstellung resultierender Anwendungsmöglichkeiten als redox-responsive Kolloide und Mizellen an ausgewählten Beispielen bspw. als Catch- & Release-Systeme oder für die Selbstheilung kurz diskutiert. Als besonderes Highlight werden neue Ansätze zur Wasseraufreinigung und zur selektiven Separation von Ionen basierend auf redox-steuerbaren Materialen Elektrodeenmaterialien dargestellt. Ebenfalls finden diese neuen Polymerarchitekturen Anklang als neue schaltbare photonische Materialen.

Der Review-Artikel wurde kürzlich in der renommierten Zeitschrift Chemistry – A European Journal zur Publikation angenommen:

Recent Trends in Metallopolymer Design: Redox-Controlled Surfaces, Porous Membranes, and Switchable Optical Materials Using Ferrocene-Containing Polymers - Chem. Eur. J., 2018, accepted • DOI: 10.1002/chem.201800412

Feature Article in Macromolecular Rapid Communications (Wiley VCH)

27.01.2018 — Particles Functional Polymer Opals and Porous Materials by Shear-Induced Assembly of Tailor-Made
Markus Gallei*

Photonic band-gap materials attract enormous attention as potential candidates for a steadily increasing variety of applications. Based on the preparation of easily scalable monodisperse colloids, such optically attractive photonic materials can be prepared by an inexpensive and convenient bottom-up process.

Artificial polymer opals can be prepared by shear-induced assembly of core/shell particles, yielding reversibly stretch-tunable materials with intriguing structural colors. This feature article highlights recent developments of core/shell particle design and shear-induced opal formation with focus on the combination of hard and soft materials as well as crosslinking strategies. Structure formation of opal materials relies on both the tailored core/shell architecture and the parameters for polymer processing.

The emphasis of this feature article is on elucidating the particle design and incorporation of addressable moieties, i.e., stimuli-responsive polymers as well as elaborated crosslinking strategies for the preparation of smart (inverse) opal films, inorganic/organic opals, and ceramic precursors by shear-induced ordering.

Link: Functional Polymer Opals and Porous Materials by Shear-Induced Assembly of Tailor-Made Particles

Reimund-Stadler-Preis für Markus Gallei

Dr.-Ing. Markus Gallei, Gruppenleiter in der Makromolekularen Chemie der TU Darmstadt, wurde am
26. September 2017 im Rahmen des Nachwuchswissenschaftler-Workshops der Fachgruppe Makromolekulare Chemie der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) für den Reimund-Stadler-Preis benannt.


Teilnehmerinnen und Teilnehmer des Nachwuchswissenschaftler-Workshops 2017
in Ludwigshafen. Preisträger Dr.-Ing. Markus Gallei in der unteren Reihe 3. v. l.
(© Fachgruppe Makromolekulare Chemie, GDCh).

Am 25. und 26. September fand der Nachwuchswissenschaftler-Workshop der Fachgruppe Makromolekulare Chemie der GDCh bei der BASF in Ludwigshafen statt.

(Link: Hochschullehrernachwuchs-Workshop)

Dr.-Ing. Markus Gallei wurde für seine Forschung und seinen Vortrag "Porous Stimuli-Responsive Polymer Architectures as Optical Sensing Materials and Smart Membranes“ für den Reimund-Stadler-Preis 2017 nominiert. Der Preis ist mit 5.000 Euro dotiert und wird im Rahmen der Fachgruppentagung 2018 in Karlsruhe übergeben.

Neuer Artikel als Highlight bei MIT News

Der kürzlich in Kooperation mit dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) veröffentlichte Beitrag zur Aufreinigung unseres Wassers findet auch auf der Homepage des MIT einen prominenten Platz. Ein Teil des Artikels ist ein Video, die den Aufreinigungseffekt am Beispiel eines Fluoreszenzfarbstoffes zeigt.

Link zum MIT Newsartikel

Eine neue Möglichkeit zur Aufreinigung unseres Wassers

Das Auffinden neuer und verbesserter Verfahren zur selektiven Abtrennung von Verunreinigungen aus unserem Trinkwasser stellt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vor große Herausforderungen. Neue Strategien sollen dabei helfen, die immensen Kosten zur Wasseraufreinigung zu verringern. Insbesondere die selektive Entfernung von toxischen Verbindungen, pharmazeutischen Wirkstoffen oder Pflanzenschutzmitteln, stellen nach wie vor ein großes Problem aktueller Trennverfahren dar. Obwohl solche Verbindungen nur in geringen Konzentrationen auftreten, können sie – bspw. durch längerfristige Anreicherung im Körper – negative Auswirkungen auf unsere Gesundheit haben.

Trennverfahren auf elektrochemischer Basis stellen eine mögliche Alternative zu bereits bestehenden Separationssystemen dar. Insbesondere bieten sie das Potential zur deutlichen Energieeinsparung. Leider ist die bisherige Effizienz durch das Auftreten ungewollter Nebenreaktionen – insbesondere der Spaltung von Wasser in seine Elemente – begrenzt. In einer wissenschaftlichen Kooperation der Technischen Universität Darmstadt (AG von Dr.-Ing. Markus Gallei) und der Gruppe von Professor T. Alan Hatton (Massachusetts Institute of Technology) wurden erfolgreich Elektroden auf Basis von metallorganischen Polymeren entwickelt. Diese hybriden Materialien besitzen die Fähigkeit zur selektiven Abreicherung kleiner Moleküle aus Wasser bei gleichzeitiger Vermeidung der Wasserspaltung.

Dazu wurden Metallopolymere auf Basis von Ferrocen- und Cobaltocen-Derivaten genutzt, um nach elektrochemischer Reaktion gezielt Moleküle mit hoher Selektivität zu binden. Für einen effizienten Trennprozess spielt dabei aber auch die Gegenelektrode auf Basis von Cobalt-Sandwich-Verbindungen eine wichtige Rolle. Mit diesem asymmetrischen Elektroden-Setup war es möglich, gleichzeitig die Pflanzenschutzmittel Quinchlorac und Paraquat in Gegenwart eines großen Überschusses an Elektrolyt mit einer Stromausbeute von 96% zu adsorbieren. Als ein besonderes Leistungsmerkmal des gemeinsam entwickelten Konzepts konnte gezeigt werden, dass das System durch Veränderung der angelegten Spannung wieder regeneriert werden kann und es weiterhin über mehrere hundert Adsorptionszyklen stabil war. Die gemeinsame Arbeit mit den Autoren Dr. Xiao Su, Kai-Jher Tan, Dr. Johannes Elbert, Christian Rüttiger, Dr.-Ing. Markus Gallei, Professor Timothy F. Jamison und Professor T. Alan Hatton wurde kürzlich zur Publikation in der renommierten Zeitschrift Energy and Environmental Science (IF 25,4) zur Publikation angenommen. Die Arbeiten seitens der AG Gallei wurden im Zuge des LOEWE Schwerpunkts iNAPO der Technischen Universität Darmstadt durchgeführt.

Hier gelanden Sie zur Publikation in Energy and Environmental Science

Meet Us @ ACS National Meeting 2017 in San Francisco

Auf der nationalen ACS Frühjahrstagung in San Francisco wird Steffen Vowinkel seine Arbeiten aus dem Gebiet der kolloidalen Architekturen vorstellen.

Montag 03.04.2017 15:20 Uhr (Vortrag)

Stimuli-responsive colloidal architectures and porous membranes by melt-shear organization

Steffen Vowinkel, Daniel Scheid, Markus Gallei

Dienstag 04.04.2017 18:00 Uhr (Poster)

Convenient one-step preparation of isoporous nanostructures by melt-shear organization

Steffen Vowinkel, Markus Gallei

Meet Us @ Makromolekulares Kolloquium 2017 in Freiburg

Beim diesjährigen Makromolekularen Kolloquium in Freiburg hält Dr. Markus Gallei einen Vortrag über die Arbeiten aus seiner Nachwuchsgruppe. Der Vortrag wird sich um die zwei Hauptarbeitsgebiete der Blockcopolymeren und Kolloidalen Architekturen drehen.

Freitag 17.02.2017 12:15 Uhr

Stimuli-Responsive Block Copolymer and Colloidal Architectures (Vortrag)

Markus Gallei

Electrochemically-Mediated Separations by Metallopolymer/CNT Hybrid Materials (Poster)

Johannes Elbert, Xiao Su, Kai-Jher Tan, Christian Rüttiger, Markus Gallei, T. Alan Hatton

Meet Us @ DECHEMA Infotag zu Advanced Materials

Im Rahmen der DECHEMA Veranstaltung „Advanced Materials: Was können/müssen neue Prozesstechnologien beitragen?“ werden Steffen Vowinkel und Sebastian Schöttner aktuelle Arbeiten zur Herstellung hochgeordneter Membranen im Rahmen eines Postervortrags vorstellen. Die Herstellung von solchen porösen Membranstrukturen lässt sich über verschiedene Routen erreichen. Zum einen sind kolloidale Kristalle als Template für solche Strukturen geeignet. Zum anderen lassen sich hochdefinierte Blockcopolymere zur Herstellung von Membranen einsetzen.

Montag 05.12.2016 12:40

Kolloid- und Blockcopolymer-basierte Template zur Herstellung isoporöser, hochgeordneter Membranen

Steffen Vowinkel, Sebastian Schöttner, Tamara Winter und Markus Gallei

Posterpreis auf der 3. Europäischen Konferenz Smart Inorganic Materials

David Stock
David Stock

Bei der 3. Europäischen Konferenz Smart Inorganic Materials (3rd EUSIP), welche vom 12. – 14.09.2016 in Porto (Portugal) stattfand, standen neue Forschungstrends im Feld hybrider organisch-anorganischer Materialien im Fokus. Die interdisziplinäre Tagung, die im Zuge des Europäischen Netzwerks „Smart Inorganic Polymers“ (COST Action CM1302) organisiert wurde, brachte internationale Forscher aus nahezu allen Disziplinen der Chemie zusammen. Im Zuge der Veranstaltung wurde Herr David Stock aus der Nachwuchsgruppe von Dr.-Ing. Markus Gallei für seinen Beitrag zu steuerbaren Metallopolymeren und „Magnetisch schaltbaren Opalen“ mit dem 1.Posterpreis ausgezeichnet. Die präsentierten Arbeiten werden im Zuge des LOEWE Schwerpunkts iNAPO der Technischen Universität Darmstadt behandelt. Weitere Autoren des Beitrags waren: Herr Dr. Daniel Scheid (TUD), Frau Tamara Winter (TUD), sowie Herr Gauvin Hemery und Dr. Olivier Sandre von der Université de Bordeaux.

Meet Us @ 3rd European Conference on Smart Inorganic Polymers

Im Rahmen der 3. Europäischen Konferenz über intelligente anorganische Polymere wird Markus Gallei über die Herstellung und Anwendung von Ferrocen-haltigen Polymeren berichten. Speziell die Immobilisierung auf Oberflächen und die Schaltbarkeit mittels Oxidation/Reduktion stehen hierbei im Fokus. Weiterhin wird David Stock über magnetische adressierbare Opal Strukturen mit einem Poster informieren.

Dienstag 13.09.16 11:10

Ferrocene-Containing Polymer Structures: Preparation, Immobilization and Applications (Vortrag)

Christian Rüttiger, David Stock, Sebastian Schöttner, Daniel Scheid, Markus Gallei*

Dienstag 13.09.16 15:20

Magnetic addressable opal structures (Poster)

David Stock, Daniel Scheid, Tamara Winter, Olivier Sandre, Markus Gallei*

Posterpreis auf der „80th Prague Meeting on Macromolecules“ Tagung in Prag

Prof. Timothy P. Lodge und Sebastian Schöttner
Professor Timothy P. Lodge (links) und Herr Sebastian Schöttner (rechts)

27.07.2016 — Herr Sebastian Schöttner, Doktorand in der Nachwuchsgruppe von Dr.-Ing. Markus Gallei in der Makromolekularen Chemie, erhielt bei der diesjährigen Tagung zum Thema „Self-Assembly in the World of Polymers“ in Prag den 1. Posterpreis. Der Preis wurde von Professor Timothy P. Lodge (Chief Editor ACS Macromolecules) übergeben.

Die Tagung umfasst thematisch die Strategien zur hierarchischen Strukturierung Polymer-basierter Materialien für eine Vielzahl von technischen und biologischen Anwendungen. Das Prinzip der Selbstanordnung zur Herstellung von funktionalen Strukturen auf der Nanometerskala wurde besonders hervorgehoben. Herr Schöttner präsentierte in diesem Kontext seine ersten Ergebnisse im Zuge des erfolgreichen LOEWE Schwerpunkts iNAPO (ionenleitende Nanoporen) als Poster mit dem Titel „Preparation of Porous Functional Films by Microphase Separation of Block Copolymers“.

Meet Us @ 6th International Colloid Conference

6th International Colloids Conference

01.06.2016 — Die 6. Internationale Kolloid Konferenz bringt weltweit renomierte Wissenschaftler zusammen um sich auf den Feldern der Kolloid und Oberflächenchemie über neueste Entwicklungen auszutauschen. Dr. Markus Gallei wird auf der Tagung einen Vortrag halten.

Dienstag 21.06.2016 16:50 (Salon 3):

Stimuli-responsive colloidal architectures and polymer opal films (Vortrag)

Markus Gallei*, Daniel Scheid, Christian Schäfer, David Stock, Steffen Vowinkel.

„iNAPO“ erhält Auszeichnung

iNAPO

Mit dem Forschungsprogramm "iNAPO" gehört die TU Darmstadt zu den Preisträgern des Wettbewerbs "Ausgezeichnete Orte im Land der Ideen" 2016 . Die Arbeitsgruppe ist mit einem Teilprojekt durch Dr. Markus Gallei und Sebastian Schöttner an iNAPO beteiligt.

Meet Us @ Progress in Paper Physics Seminar 2016

Progress in Paper Physics Seminar 2016

27.05.2016 — Das Progress in Paper Physics Seminar 2016 findet in Darmstadt statt und bietet ein Forum für führende Experten in der Papierphysik als auch für Ingenieure aus der Industrie mit dem Interesse an neuesten Entwicklungen und Innovationen.

Dienstag 23.08.2016 15:30:

Paper-based block copolymer and functional polymer membranes (Poster) – Sebastian Schöttner, Christian Rüttiger, Heinz-Joachim Schaffrath, Markus Biesalski, Markus Gallei.

Meet Us @ Self assembly in the world of Polymers

Self assembly in the world of Polymers

27.05.2016 — Das Symposium dreht sich um die letzten Entwicklungen in der Herstellung, Charakterisierung und theoretischen Beschreibung von selbstanordnenden polymeren Systemen und ihre biologischen und technischen Anwendungen

Montag 11.07.2016 17:00 Uhr und Dienstag 12.07.2016 17:00 Uhr:

Preparation of porous functional films by microphase separation of block copolymers (Poster) – Sebastian Schöttner, Heinz-Joachim Schaffrath, Markus Gallei.

Meet Us @ LPP16

World Congress On Living Polymerizations and Polymers 2016

27.05.2016 — Bei der LPP16 (World Congress On Living Polymerizations and Polymers) in Budapest die vom 29. Mai – 3. Juni stattfindet und sich rund um das Thema lebende Polymerisationen und Polymere dreht wird der Arbeitskreis Rehahn mit folgendem Poster vertreten sein:

Dienstag 31.05.2106 17:20 Uhr:

Synthesis of Metallopolymer-Grafted Block Copolymers – Michael Appold, Christian Rüttiger, Markus Gallei.

LOEWE fördert Nachwuchs in der Chemie


Die Chemie-Nachwuchsgruppenleiterinnen und -leiter, die im Zuge
des LOEWE iNAPO gefördert werden (v.l.: Markus Gallei,
Annette Andrieu-Brunsen und Alesia Tietze)

Natürlich vorkommende Membranen enthalten Proteine, die sehr selektiv physikalische und chemische Signale wahrnehmen und in messbare bspw. elektrische Signale umwandeln können. Im Zuge des LOEWE-Projekts „Ionenleitende Nanoporen (iNAPO)“ sollen sowohl Bau- wie auch Funktionsprinzipien biologischer Ionenkanäle verstanden werden und Wege eruiert, diese Funktionen für synthetische Ionenkanäle zu adaptieren und weiter auszubauen. Die Kopplung biologischer Nanoporen mit Kunststoff-Nanoporen soll im Zuge des seit Beginn des Jahres laufenden Verbundprojektes zu einer neuen Plattform sensorischer Devices führen, die in der Analytik und der Biomedizin zum Einsatz kommen sollen. Im Zuge des LOEWE-Projekts iNAPO werden die drei Nachwuchsgruppen von Jr.-Prof. Dr. Annette Andrieu-Brunsen, Dr. Alesia Tietze und Dr.-Ing. Markus Gallei im Fachbereich Chemie mit je einer Doktorandenstelle gefördert.

iNAPO

Polymer Chemistry – One for all: Cobalt-haltige Polymethacrylate

11.01.2015 — Ein neues Cobalt-haltiges Monomer wurde mittels freier und kontrollierter radikalischer Polymerisation zu Homo-, Co- und Blockcopolymeren umgesetzt.

Die erhaltenen Metallopolymere zeigen ein multi-redox responsives Verhalten und lassen sich über einen weiten Spannungsbereich elektrisch oder elektrochemisch schalten. Des Weiteren können diese Polymere als präkeramische Materialien eingesetzt werden, welche nach thermischer Behandlung zu magnetischen Cobaltoxiden umgewandelt werden können. Die erhaltenen Materialien bieten eine Plattform für selektive Freisetzungen, Nanolithography oder magnetische Bauteile auf Basis eines weichen Polymer-Templats.

One for all: cobalt-containing polymethacrylates for magnetic ceramics, block copolymerization, unexpected electrochemistry, and stimuli-responsiveness

C. Rüttiger, V. Pfeifer, V. Rittscher, D. Stock, D. Scheid, S. Vowinkel, F. Roth, H. Didzoleit, B. Stühn, J. Elbert, E. Ionescu and M. Gallei*

Special Issue „Novel Design Strategies for new functional materials“

01.12.2015 — Im Rahmen einer Sonderausgabe des Journal of Materials Chemistry C zum Thema „Novel Design strategies for new functional materials“ konnte ein Beitrag aus der Nachwuchsgruppe von Dr. Gallei eingebracht werden.

Die Arbeit konzentriert sich auf die Herstellung neuartiger 3-dimensionaler Kohlenstoffstrukturen auf Basis hybrider Polymerpartikel und den Einsatz des Schmelzscherverfahrens für hybride Systeme. Das besondere Verfahren ermöglicht eine großflächige und einfache Herstellung poröser Kohlenstoffstrukturen.

3D-Ordered Carbon Materials by Melt-Shear Organization for Tailor-Made Hybrid Core-Shell Polymer Particle Architectures

Steffen Vowinkel, Christian G. Schäfer, Gennady Cherkashinin, Claudia Fasel, Felix Roth, Na Liu, Christian Dietz, Emanuel Ionescu and Markus Gallei

Journal of Materials Chemistry C – Hot Article

24.09.2015 — Der Beitrag zu polymeren Inversopalfilmen wurde vom Journal of Materials Chemistry C in die Auswahl der „Hot Articles 2015“ aufgenommen.

In dem Artikel wird die Entwicklung einer neuen Strategie für stimuli-responsive Inversopale beschrieben. Die besonderen optischen Eigenschaften in Abhängigkeit verschiedener Stimuli eröffnet neue Möglichkeiten zur Herstellung von Sensoren.

Smart polymer inverse-opal photonic crystal films by melt-shear organization for hybrid core–shell architectures

C. G. Schäfer, T. Winter, S. Heidt, C. Dietz, T. Ding, J. J. Baumberg und M. Gallei

Meet Us @ ACS Boston

250th ACS National Meeting & Exposition:
Innovation from Discovery to Application

11.08.2015 — Bei der ACS in Boston die vom 16. – 20. August stattfindet und sich rund um das Thema Innovationen dreht wird der Arbeitskreis Rehahn mit folgenden Postern und Tagungsbeiträgen vertreten sein:

Sonntag 16.08.2015 18:00 Uhr und Montag 17.08.2015 20:00 Uhr:
Magneto-responsive hybrid colloidal architectures: Preparation, processing, and opal film formation (Poster)
– Daniel Scheid, Markus Gallei.

Eco-friendly scratch resistant wood coatings based on silica nanoparticles (Poster) – Christopher Alt, Cynthia Cordt, Roland Klein.

Mittwoch 19.08.2014 14:20 Uhr:
Introducing metal-containing monomers in emulsion polymerization for the preparation of smart stimuli-responsive polymeric opal structures (Vortrag)
– Daniel Scheid, Markus Gallei.

Das vollständige Programm findet sich hier.