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Grenzflächenchemie - Schwache Bindung, starke Wirkung

SystemchemieWie bilden einzelne Moleküle molekulare Aggregate, z. B. Dimere, Trimere oder Cluster, und makroskopische Eiskristalle? Wie viele Wassermoleküle werden benötigt, um den kleinsten Tropfen Säure zu erzeugen? Die Wechselwirkungen von Molekülen via schwacher intermolekularer Kräfte ist von großer Bedeutung, sowohl in der Chemie als auch in der Biochemie. Diese „nicht-kovalenten“ Wechselwirkungen sind entscheidend für die Bildung von molekularen Kristallen, die physikochemischen Eigenschaften von Flüssigkeiten, die Effizienz von Reaktionen und die Dynamik von Proteinen. Chemische Bindungen sind dagegen verantwortlich für die Ausbildungen stabiler Strukturen, sei es die Synthese von neuen Käfigstrukturen, selbstreplizierenden Systemen oder Proteinstrukturen.

Hunderte und Tausende interagierender Moleküle

Es ist ein gemeinsamer Ansatz aller chemischer Disziplinen, komplexe chemische Systeme in einem „Bottom Up Approach“ zu beschreiben: Ziel ist es, die in den letzten Jahren anhand kleiner Systeme gewonnenen mikroskopischen Erkenntnisse auf komplexe chemische Einheiten mit hunderten und tausenden interagierender Moleküle zu übertragen. Simulationen spielen dabei eine zentrale Rolle. Während traditionell jede Fachwissenschaft eigene phänomenologische Beschreibungsmodelle entwickelt hat, garantiert der im Research Department verfolgte mikroskopische Ansatz eine direkte Übertragung auf unterschiedlichste Fachgebiete. Zentrale interdisziplinäre Fragestellungen, die behandelt werden, umfassen folgende Themen: 1) Ein Verständnis von solvensgesteuerten und solvensvermittelten chemischen Prozessen sowie das Design neuer Lösungsmittel; 2) Dynamik von Biomolekülen und ihre Bedeutung im Hinblick auf biomolekulare Funktionen; 3) Heterogene Katalyse an Flüssig-fest-Grenzflächen und elektrochemische Reaktionen; 4) Maßgeschneiderte Materialien.