Abb. 2. Die Funktionalisierung des Separators in LiMetall-Batterien mit Kohlenstoffnanomembranen verhindert die Dendritenbildung und erhöht die Lebensdauer signifikant [6]. Nanoporöse 2D-Kohlenstoffnanomembranen für Anwendungen in Li-Metall-Batterien Abb. 4. pH-Sensoren basierend auf Feldeffekttransistoren aus van-der-Waal-Heterostrukturen von Kohlenstoff-Nanomembranen und Graphen [12]. In der Arbeitsgruppe wurde eine Methode zur Synthese von 2D-Übergangsmetall-Dichalkogeniden (MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, etc.) und ihrer Heterostrukturen mittels Gasphasenabscheidung (CVD) entwickelt und hinsichtlich ihrer strukturellen, elektronischen und optischen Eigenschaften optimiert [7-9]. Diese hochqualitativen Monolagen dienen in einer Vielzahl von Projekten als Basis für die Untersuchung von neuartigen photonischen und optoelektronischen Phänomenen (u.a. FLAG-ERA „H2O“, SFB1375 „NOA“). Abb. 3. (a-c) Optische Mikroskopaufnahmen von 2D-Übergangsmetall-Dichalkogeniden auf SiO2/Si Wafern (AG Turchanin). (d) Schematische Darstellung von atomar dünnen LEDs aus WSe2-MoSe2 lateralen Heterostrukturen [8]. 2D-Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften für elektronische und optoelektronische Bauteile Molekulare 2D-Kohlenstoffnanomembranen, die durch elektronenstrahl-induzierte Synthese hergestellt wurden, sind nanoporös und durchlässig für Li-Ionen [5]. Durch Funktionalisierung von konventionell in Li-Metall-Batterien verwendeten CelgardSeparator-Membranen wird der Ionenfluss reguliert und so die Bildung von Li-Dendriten verhindert [6]. Dies resultiert in einer erhöhten Lebensdauer. [5] Griffin E., et al. (2020): Enhanced proton and Li-ion permeation through graphenewith eight-atom-ringdefects.ACSNano,DOI:10.1021/acsnano.0c02496. [6] Rajendran S., et al. (2021): Inhibition of lithiumdendrite formation in lithium metal batteries via regulated cation transport through ultrathin subnanometer porous carbon nanomembranes. Adv. EnergyMater., DOI: 10.1002/aenm.202100666. Die in der Arbeitsgruppe hergestellten maßgeschneiderten 2D-Materialien werden in verschiedensten neuartigen photonischen und elektronischen Bauteilen sowie Sensoren verwendet. [10] Ngo G. Q., George A., Turchanin A., Eilenberger F., et al. (2020): Scalable functionalization of optical fibers using atomically thin semiconductors. Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.202003826. [11] George A., Fistul M. V., Fritz T., Turchanin A., et al. (2021): Giant persistent photoconductivity in monolayer MoS2 field-effect transistors. npj 2D Mater. Appl., DOI: 10.1038/s41699-020-00182-0. [12] Kaiser D., Tang Z., Weimann T., Turchanin A., et al. (2021): pH sensors based on amino-terminated carbon nanomembrane and single layer graphene van der Waals heterostructures. Appl. Phys. Rev., DOI: 10.1063/5.0040442. [13] Kalkan S. B., George A., Turchanin A., Nickel B., et al. (2021): Wafer scale synthesis of organic semiconductor nanosheets for van der Waals heterojunction devices. npj 2D Mater. Appl., DOI: 10.1038/ s41699-021-00270-9. Großflächige hochqualitative 2D-Übergangsmetall-Dichalkogenide für Photonik [14] Zhao B., Gan Z., George A., Turchanin A., Halik M., et al. (2021): 2D van der Waals heterojunction of organic and inorganic monolayers for high responsivity phototransistors. Adv. Func. Mater., DOI: 10.1002/ adfm.202105444. d) [7] Paradeisanos I., et al. (2020): Controlling interlayer excitons in MoS2 layers grown by chemical vapor deposition. Nat. Commun., DOI: 10.1038/s41467-020-16023-z. [8] Najafidehaghani E., et al. (2021): 1D p-n junction electronic and optoelectronic devices from transition metal dichalcogenide lateral heterostructures grown by one-pot chemical vapor deposition synthesis. Adv. Func. Mater., DOI: 10.1002/adfm.202101086. [9] Klimmer S., et al. (2021): All-optical polarization and amplitude modulation of second harmonic generation in atomically thin semiconductors. Nat. Photonics, DOI: 10.1038/s41566-021-00859-y. FORSCHUNG — 95
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