Generic filters
FS Logoi

Graphen lässt Ionen passieren: Meilenstein in der Forschung

Meilenstein in der Graphenforschung: Durch die gezielte Einführung von Defekten in ein zweilagiges Nanographen-System ist es Würzburger Chemikern gelungen, die Passage von Halogenid-Ionen zu kontrollieren. Ihre Ergebnisse sind in „Nature“ veröffentlicht. Sie zeigen neue Perspektiven für Anwendungen in der Wasserfiltration oder der Sensorik.

von | 22.01.25

Das Würzburger Modellsystem aus zwei Nanographenschichten, das durch einen Defekt im Kristallgitter Chlorid-Ionen (grün) aufnehmen und binden kann.
Quelle: Kazutaka Shoyama/Uni Würzburg
Graphen Forschung

Graphen ist ein extrem dünnes, flexibles und widerstandsfähiges Material aus reinem Kohlenstoff. Es bildet Schichten, die praktisch aus nur einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen bestehen. Um Graphen so dick zu machen wie ein menschliches Haar, müsste man tausende solcher Schichten aufeinanderstapeln.

Viele Forschende befassen sich intensiv mit Graphen. Das hat einen guten Grund, denn die besonderen Eigenschaften des Materials versprechen neuartige Anwendungen, zum Beispiel in der Elektronik oder Energietechnik.

Graphen für andere Moleküle durchlässig machen

Besonders interessant ist es für die Wissenschaft, die Durchlässigkeit von Graphen für verschiedene Stoffe kontrollieren zu können:

„Im Kohlenstoffgitter von Graphen lassen sich sogenannte Defekte erzeugen. Diese kann man sich vorstellen wie kleine Löcher, die das Gitter durchlässig für Gase machen“, sagt Chemieprofessor Frank Würthner von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg.

Eine Durchlässigkeit für andere Stoffe, etwa für Ionen wie Fluorid, Chlorid oder Bromid, wurde bislang nicht beobachtet.

„Das aber wäre für Anwendungen wie die Entsalzung von Wasser, die Detektion oder die Reinigung von Stoffgemischen von grundlegendem wissenschaftlichem Interesse“, erklärt der Würzburger Professor.

Defekt lässt Ionen passieren: Publikation

Erstmals hat ein Team um Frank Würthner nun ein Modellsystem mit einem Defekt erzeugt, der die Halogenide Fluorid, Chlorid und Bromid passieren lässt, nicht aber Jodid. Das gelang in einer stabilen Doppelschicht bestehend aus zwei Nanographenen, die einen Hohlraum umschließt. In dieser Höhle werden die eingedrungen Halogenid-Ionen gebunden, so dass die Zeit für den Eintritt gemessen werden konnte. Die Ergebnisse sind im Journal Nature publiziert.

Chlorid ist ein Bestandteil von Kochsalz, kommt in Meerwasser vor und spielt eine wichtige Rolle bei Lebensvorgängen in allen Organismen.

„Der Nachweis einer hohen Durchlässigkeit für Chlorid durch einlagiges Nanographen und einer selektiven Bindung von Halogeniden in einem zweilagigen Nanographen rückt einige Anwendungen näher“, so Dr. Kazutaka Shoyama, der das Projekt zusammen mit Frank Würthner initiiert und geleitet hat.

Solche Anwendungen wären zum Beispiel Wasser-Filtrationsmembranen sowie künstliche Rezeptoren und Chloridkanäle.

Größere Stapel von Nanographenen als nächstes Ziel

Im nächsten Schritt wollen die Würzburger Chemiker größere Stapel ihrer Nanographene aufbauen. Daran möchten sie den Durchfluss von Ionen untersuchen – und damit einen Prozess, der in ähnlicher Form auch in biologischen Ionenkanälen abläuft.

Diese Forschungsarbeiten wurden am Institut für Organische Chemie und am Zentrum für Nanosystemchemie der JMU durchgeführt. Gefördert wurden die Arbeiten von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen von zwei Sachbeihilfen zur Entwicklung von Nanographenen, die mit Imidgruppen ausgestattet sind.

Bildquelle, falls nicht im Bild oben angegeben:

Jetzt Newsletter abonnieren

Immer auf dem aktuellen Stand, alle 2 Wochen in Ihrem Postfach.

Hier anmelden

Arzneimittelrückstände mit Ozon entfernen
Arzneimittelrückstände mit Ozon entfernen

Im Forschungsprojekt OZON-EFF entwickelt Prof. Dr. Verena Fath einen Rieselfilmreaktor zur Ozonbehandlung kommunaler Abwässer. Durch einen verbesserten Kontakt zwischen Ozon und Wasser soll die Entfernung von Arzneimittelrückständen und anderen organischen Spurenstoffen mit geringerem Energie- und Ressourcenverbrauch möglich werden.

mehr lesen
Powtech Technopharm 2026 zieht Bilanz
Powtech Technopharm 2026 zieht Bilanz

Rund 6.000 Fachbesucher und 397 Aussteller aus 29 Ländern kamen zur Powtech Technopharm 2026 nach Nürnberg. Die internationale Fachmesse für Verfahrenstechnik widmete sich unter anderem den Themen Energieeffizienz, Recycling, Digitalisierung und Prozesssicherheit. Die nächste Ausgabe ist für September 2028 geplant.

mehr lesen
Kunststoffrecycling besser bewerten
Kunststoffrecycling besser bewerten

Der VDI hat den Entwurf der Richtlinie VDI 4095 „Bewertung von Kunststoffen in der Kreislaufwirtschaft“ veröffentlicht. Sie bündelt Begriffe, rechtliche Grundlagen, Recyclingverfahren und Bewertungsmethoden und soll damit eine gemeinsame Grundlage für die Akteure entlang der Kunststoff-Wertschöpfungskette schaffen.

mehr lesen
Ilmac Lausanne 2026: steigende Teilnehmer- und Ausstellerzahlen
Ilmac Lausanne 2026: steigende Teilnehmer- und Ausstellerzahlen

Die Ilmac Lausanne 2026 ist mit 3.952 Teilnehmenden und 213 Ausstellenden zu Ende gegangen. Damit stieg die Zahl der Teilnehmenden gegenüber 2024 um 18,6 Prozent, die der Ausstellenden um sieben Prozent. Inhaltlich standen unter anderem Automatisierung, Künstliche Intelligenz, Process Analytical Technology und Biotechnologie im Mittelpunkt.

mehr lesen
Verfahren zur Aufbereitung von Deponiegas
Verfahren zur Aufbereitung von Deponiegas

Forschende der Frankfurt University of Applied Sciences entwickeln gemeinsam mit Prodeval ein Verfahren zur Aufbereitung methanreicher Deponiegase. Durch die Kombination von Adsorption und Membrantrennung soll insbesondere die Abtrennung von Stickstoff verbessert und mehr Methan für eine weitere Nutzung gewonnen werden.

mehr lesen

Sie möchten die F&S Filtrieren und Separieren testen?

Bestellen Sie Ihr kostenloses Probeheft

Überzeugen Sie sich selbst: Gerne senden wir Ihnen die F&S kostenlos und unverbindlich zur Probe!

Finance Illustration 03