Auf dem Weg zu neuartigen Materialien für Energieumwandlung, Batterien und Katalyse

„Wir synthetisieren neue Verbindungen, die so in der Natur nicht vorkommen, indem wir mindestens zwei oder drei unterschiedliche metallische oder halbmetallische Elemente aus dem Periodensystem zusammenbringen“, sagt Stefanie Dehnen. Die Vielfalt in der Kombination nanoskopisch kleiner Bausteine aus Metall- und Halbmetallatomen ermöglicht eine nahezu grenzenlose Zahl neuartiger Verbindungen mit ungewöhnlichen, teils überraschenden und potenziell nützlichen Eigenschaften. Ihr großes Anwendungspotenzial kann zur Lösung gesellschaftlicher Probleme wie der effizienten Übertragung und Speicherung von Energie und zur nachhaltigen, umweltfreundlichen Gestaltung von Syntheseprozessen beitragen.

„Ziel ist es, mit unseren unkonventionellen Herangehensweisen Zugang zu neuen Materialtypen zu finden. Wir starten immer mit der Grundlagenforschung, indem wir lernen, was für Stoffe es gibt und welche Eigenschaften sie haben“, sagt die Chemikerin, die 2022 mit dem Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft ausgezeichnet wurde. Als besondere Herausforderung ihrer Forschung nennt sie die kontrollierte Synthese. Deren Ergebnisse tragen dazu bei, schnellere Ionenleiter und neuartige molekulare Katalysatoren für die chemische Synthese zu entwickeln sowie optisch wirksame Substanzen herzustellen, die zum Beispiel das bislang kostspielige Umwandeln von infrarotem in weißes Laserlicht preiswerter machen. Auch zur Entwicklung neuartiger Anodenmaterialien für Batterien leistet die Cluster-Chemie einen wichtigen Beitrag.

Dehnen und ihrer Forschungsgruppe ist es unter anderem gelungen, auf dem praktisch ungiftigen Metall Bismut basierende nanostrukturierte Materialien aus atomgenauen molekularen Clustern herzustellen, die bemerkenswert luft- und temperaturstabil und für die Katalyse interessant sind. Seit 2020 ist die Chemikerin Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina. Die international renommierte Expertin für die Herstellung maßgeschneiderter Clusterverbindungen ist seit 2022 Editor-in-Chief der Zeitschrift Inorganic Chemistry der American Chemical Society. 2022 erhielt Dehnen einen Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC), um in den folgenden fünf Jahren umfassende Studien zu Bismut-Cluster-basierten Materialien (BiCMat) voranzutreiben. Teil des Projekts ist es, Methoden des Maschinellen Lernens einzusetzen, um die Synthesen vorab zu modellieren und so zielgerichteter und effizienter zu machen. Die Wissenschaftlerin engagiert sich zudem sehr in der Nachwuchsförderung. Es gelte, bereits in der frühen Bildung die Faszination für chemische und physikalische Phänomene aufzugreifen, sagt sie. (afr)

Der Presseservice des KIT stellt gerne den Kontakt zwischen den Medien und Prof. Dehnen her.

Fotonachweis:
Forschungsfoto: Cluster-Chemie (Jochen Mogk)
Porträt Prof. Stefanie Dehnen, INT, KIT (Jochen Mogk)