Heute, am 16.03.2026, berichtet die Philipps-Universität Marburg über einen bedeutenden Fortschritt in der Polymerforschung. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Michael Gottfried hat eine neue Methode zur ringöffnenden Polymerisation auf Kupferoberflächen entwickelt. Ziel dieser innovativen Technik ist die Herstellung ultralanger Ketten des leitfähigen Polymers Poly(p-phenylene) (PPP).
Die bisher längsten erzeugten Ketten messen knapp einen Mikrometer und weisen einen statistisch häufigen Wert von etwa 170 Nanometern auf. Ein bemerkenswerter Ausreißer erreicht sogar Längen von bis zu 1.000 Nanometern. Ein neuartiger, halogenfreier Prozess wird angewendet, der keine störenden Nebenprodukte produziert. Dies stellt einen bedeutenden Vorteil gegenüber herkömmlichen Methoden dar.
Kontrolliertes Kettenwachstum
Das Kettenwachstum erfolgt bei dieser neuen Methode kontrolliert an einem Ende. Dies steht im Gegensatz zu den bislang üblichen zufälligen Kopplungsreaktionen. Die Forschung nutzt vorgespannte Ringmoleküle, die auf einer Kupferoberfläche im Ultrahochvakuum geöffnet und angefügt werden. Hochauflösende Rastertunnelmikroskopie (STM) und nicht-kontaktierende Rasterkraftmikroskopie (nc-AFM) belegen die korrekte Bildung einzelner Bindungen.
Zusätzlich bestätigen Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und NEXAFS-Messungen die chemischen Veränderungen, die während der Reaktion auftreten. Um den geplanten Reaktionsweg zu stützen, kommen Dichtefunktionaltheorie-Simulationen zum Einsatz.
Anwendungspotenziale und Interdisziplinäre Zusammenarbeit
Eine besondere Anwendung dieser ultralangen PPP-Ketten ist, dass sie durch gezieltes Erhitzen in Kohlenstoff-Nanobänder mit Längen bis etwa 40 Nanometern umgewandelt werden können. Die Forschung findet im Rahmen des LOEWE-Schwerpunkts „Principles of On-Surface Synthesis (PriOSS)“ statt. Dabei profitieren die Wissenschaftler von einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen den Universitäten Marburg und Gießen, die durch neue wissenschaftliche Durchbrüche gekennzeichnet ist.
Im Kontext leiterfähiger Polymere gibt es auch Entwicklungen im Bereich der zweidimensionalen Materialien. Laut TU Dresden zeigt das neu entwickelte 2D-Polyanilin (2DPANI) eine außergewöhnliche elektrische Leitfähigkeit und metallisches Ladungstransportverhalten. Dies markiert einen Durchbruch in der Polymerforschung und eröffnet neue Perspektiven für die organische Elektronik.
Leitende Polymere wie Polyanilin, Polythiophen und Polypyrrol sind kostengünstige und flexible Alternativen zu Halbleitern und Metallen. Diese Materialien leiten Elektronen hauptsächlich entlang der Polymerketten, haben jedoch bisher Einschränkungen in der Leitfähigkeit zwischen den Polymersträngen aufgewiesen.
Die Zukunft der Polymerforschung
Das internationale Forschungsteam, das aus der TU Dresden und dem Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle stammt, hat die Leitfähigkeit des 2DPANI sowohl innerhalb als auch senkrecht über die Schichten untersucht. Die erzielten Werte sind vielversprechend: 16 S/cm in der Ebene und 7 S/cm außerhalb der Ebene, was charakteristisch für metallische Materialien ist. Weitere Messungen zeigen, dass die Gleichstromleitfähigkeit bei etwa 200 S/cm liegt.
Diese Entwicklungen könnten weitreichende Anwendungen in der Elektronik, der elektromagnetischen Abschirmung und der Sensorik haben. So könnte das metallische Polymer als funktionelle Elektrode in der Elektro- und Photoelektrochemie dienen, beispielsweise bei der Wasserstoffproduktion. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten sind somit nicht nur von theoretischem Interesse, sondern könnten auch praktische Auswirkungen auf zahlreiche Industrien haben.