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Zwei Männer und eine Frau sitzen vor Laptops und unterhalten sich.

Unsere Vision

Als eine führende unternehmerische Universität sind wir ein globaler Tauschplatz des Wissens und gestalten eine nachhaltige Zukunft mit Talenten, Exzellenz und Verantwortung.

Unsere Mission

Wir inspirieren, fördern und entwickeln Talente in all ihrer Vielfalt zu verantwortungsvollen, weltoffenen Persönlichkeiten. Wir befähigen sie, mit wissenschaftlicher Exzellenz und technischer Expertise, mit unternehmerischem Mut und gesellschaftspolitischer Sensibilität, sich kontinuierlich weiterzubilden und einen nachhaltigen Innovationsfortschritt für die Menschheit und den Schutz der Umwelt zu gestalten.

Unsere Werte

Unsere Leitwerte geben uns zuverlässige Orientierung im Umgang miteinander und mit unseren Kooperationspartnerinnen und -partnern:

  • Exzellenz: Wir fördern ein Klima der Neugier, Kreativität und unkonventionelles Denken über Fachdisziplinen hinweg und setzen höchste Leistungsstandards in Forschung, Lehre und Innovation.
  • Unternehmerische Geisteshaltung: Wir hinterfragen die Konsequenzen unseres Handelns, nehmen neue Herausforderungen proaktiv an und verbessern unsere Arbeitsweise kontinuierlich. Wir verpflichten uns zu gesellschaftlich reflektierten Innovationen und fördern deren wirtschaftliche Nutzung etwa durch die Ausgründung von nachhaltigen Technologieunternehmen.
  • Integrität: Wir schöpfen unseren Erfolg aus einem wertschätzenden Umfeld von Talenten unterschiedlicher Hintergründe, Kulturen, Ideen und Perspektiven. Wir handeln mit Achtung vor dem Anderen und von Transparenz getragen und in Übereinstimmung mit unseren kommunizierten Werten.
  • Kollegialität: Wir respektieren und inspirieren einander in einer lebendigen Kultur der Universitätsgemeinschaft. Wir pflegen akademische, wirtschaftliche und gesellschaftliche Partnerschaften, welche die TUM als einen globalen Tauschplatz des Wissens positionieren.
  • Nachhaltigkeit und Resilienz: Wir lernen aus unseren vielfältigen Erfahrungen, nutzen potentialreiche Chancen im ständigen Wandel zur nachhaltigen Entwicklung von Wissenschaftlichkeit, Ökologie, Ökonomie und sozialen Beziehungen zum Nutzen heutiger und künftiger Generationen und zum Schutz unserer Umwelt. Daraus schöpfen wir Freude, Motivation und Leistungskraft.

Unsere Leitprinzipien

Satzungen und Leitlinien

Mit diesen Satzungen und Leitlinien gestalten wir Forschung und Innovation, Lehre sowie unsere Organisation als moderne internationale Spitzenuniversität.

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Das TUM Compliance Office sichert die Integrität und Transparenz von Forschung, Lehre und Innovation anhand der TUM Codes of Conduct, dem TUM Respect Guide sowie der Satzung zur Sicherung guter wissenschaftlicher Praxis.

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Imagebroschüre „Tauschplatz des Wissens“

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Neues aus der TUM

  • 23.1.2018

Einfache organische Moleküle bilden komplexe Materialien durch Selbstorganisation

Komplexe Parkettmuster, außergewöhnliche Materialien

Ein internationales Forscherteam unter Führung der Technischen Universität München (TUM) hat einen Reaktionsweg entdeckt, der exotische Schichten mit halbregulärer Struktur erzeugt. Solche Materialien sind interessant, weil sie häufig außerordentliche Eigenschaften besitzen. Bei dem Verfahren verbinden sich einfachere organische Moleküle zu größeren Bausteinen, die dann komplexe, halbreguläre Muster erzeugen.

Das neue Verfahren bildet aus einfachen organischen Molekülen eine komplexe, halbreguläre 3.4.6.4 Parkettierung. (Bild: Klappenberger und Zhang / TUM)
Das neue Verfahren bildet aus einfachen organischen Molekülen eine komplexe, halbreguläre 3.4.6.4 Parkettierung. (Bild: Klappenberger und Zhang / TUM)

Um eine Fläche mit gleichförmigen Kacheln lückenlos zu pflastern, kommen nur wenige geometrische Grundformen in Frage: Dreiecke, Vierecke und Sechsecke. Mit zwei oder mehr Kachelformen lassen sich wesentlich mehr und deutlich komplexere Muster erzeugen, die immer noch regelmäßig sind, die sogenannten Archimedischen Parkettierungen.

Auch Materialien können eine solche Parkettierung aufweisen. Diese Strukturen sind häufig mit ganz besonderen Eigenschaften verbunden, zum Beispiel mit außergewöhnlicher elektrischer Leitfähigkeit, spezieller Lichtreflektion oder extremer mechanischer Belastbarkeit. Doch es ist schwierig, solche Strukturen gezielt zu erzeugen. Dafür sind große molekulare Bausteine nötig, die nicht mit den konventionellen Herstellungsprozessen kompatibel sind.

Komplexes Parkettmuster durch Selbstorganisation

Bei einer Klasse supramolekularer Netzwerke ist nun einem internationalen Team um die Professoren Florian Klappenberger und Johannes Barth vom Lehrstuhl für Experimentalphysik an der TUM sowie Professor Mario Ruben vom Karlsruher Institut für Technologie ein Durchbruch gelungen: Sie brachten organische Moleküle dazu, sich zu größeren Bausteinen zu verbinden, die selbstorganisiert ein komplexes Parkettmuster bilden.

Als Ausgangsverbindung nutzten sie Ethynyl-Iodophenanthren, ein handliches organisches Molekül aus drei aneinandergekoppelten Kohlenstoffringen, das ein Iod- und ein Alkin-Ende besitzt. Auf einem Silbersubstrat bildet dieses Molekül zunächst ein regelmäßiges Netz mit großen sechseckigen Maschen.

Eine Wärmebehandlung setzt dann eine Abfolge chemischer Prozesse in Gang, die einen neuartigen, deutlich größeren Baustein erzeugen, der dann quasi automatisch und selbstorganisiert eine komplexe Schicht mit kleinen sechs-, vier- und dreieckigen Poren bildet. Dieses Muster wird in der Sprache der Geometrie als semireguläre 3.4.6.4 Parkettierung bezeichnet.

Einfache organische Bausteine bilden komplexe Materialien

„Unsere an der TUM durchgeführten Rastertunnelmikroskopie-Messungen zeigen deutlich, dass am Molekülumbau viele Reaktionen beteiligt sind, was normalerweise zu zahlreichen Abfallprodukten führt. Hier jedoch werden die Nebenprodukte wiederverwendet, so dass der Gesamtprozess mit großer Atomökonomie, das heißt mit nahezu hundertprozentiger Ausbeute, zuverlässig zum gewünschten Endprodukt führt“, erklärt Prof. Klappenberger.

Wie es dazu kommt, fanden die Forschenden durch weitere Experimente heraus. „Mit Hilfe röntgenspektroskopischer Messungen am Elektronenspeicherring BESSY II des Helmholtz-Zentrums Berlin konnten wir entschlüsseln, wie sich Iod vom Ausgangsstoff abspaltet, Wasserstoffatome zu neuen Plätzen wandern und die Alkin-Gruppen ein Silber-Atom einfangen“, berichtet Erstautor Yi-Qi Zhang.

Mit Hilfe des Silber-Atoms binden sich in der Folge zwei Ausgangsbausteine zu einem neuen, größeren Baustein aneinander. Die neuen Bausteine bilden anschließend die beobachtete komplexe Porenstruktur.

„Wir haben einen völlig neuen Weg entdeckt, um komplexe Materialien aus einfachen organischen Bausteinen herzustellen“, fasst Klappenberger zusammen. „Das ist wichtig, um Materialien mit neuen und extremen Eigenschaften gezielt synthetisieren zu können. Außerdem tragen diese Ergebnisse dazu bei, das spontane Auftauchen (Emergenz) von Komplexität in chemischen und biologischen Systemen besser zu verstehen.“

 

Die Arbeiten wurden gefördert mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (im Rahmen des Exzellenzclusters Munich-Centre for Advanced Photonics sowie des Schwerpunktprogramms SPP 1459, des Transregio TR 88 3MET C5 und des DFG Projekts KL 2294/3) und des European Research Councils (ERC Advanced Grant MolArt). Die Synthese und Charakterisierung der Moleküle wurden in der Karlsruhe Nano Micro Facility durchgeführt.

Publikation:

Yi-Qi Zhang, Mateusz Paszkiewicz, Ping Du, Liding Zhang, Tao Lin, Zhi Chen, Svetlana Klyatskaya, Mario Ruben, Ari P. Seitsonen, Johannes V. Barth, and Florian Klappenberger: Complex supramolecular interfacial tessellation through convergent multistep reaction of a dissymmetric simple organic precursor, Nature Chemistry 2017. DOI: 10.1038/nchem.2924

Kontakt:

Prof. Dr. Florian Klappenberger
Technische Universität München
Lehrstuhl für Experimentalphysik
James-Franck-Str. 1, 85748 Garching, Germany
Tel.: +49 89 289 12616 – E-Mail: florian.klappenberger@tum.de

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