Forschung der Fachgruppe Chemie
Die Forschung in der Chemie deckt an 3 Instituten - Anorganische, Organische sowie Physikalisch und Theoretische Chemie - eine Vielzahl von Themen von der Grundlagenforschung bis zur angewandten und nachhaltigen Chemie ab. Dabei spielen auch zahlreiche fächerübergreifende Schwerpunkte eine Rolle.
Anorganische Chemie
Die Anorganische Chemie an der Universität Bonn deckt das breite Spektrum von der Molekülchemie und Metallorganischen Komplexchemie bis zur Festkörperchemie und Anorganischen Materialien ab.
Im Fokus der Forschung der Gruppe von Jun.-Professor Bismuto sind Bismut-Verbindungen für Katalyse und Optoelektronik, sowie die Metall- und Elementorganische Molekülchemie.
Die Forschung der Arbeitsgruppe von Professor Filippou zielt auf Synthese, Reaktivität und Aufklärung der elektronischen Struktur von Verbindungen des Siliziums, Germaniums und Zinns, die neuartige π-Bindungen (z. B. Dreifachbindungen zu Übergangsmetallen) oder neuartige Koordinationsmodi aufweisen (z. B. linear-dikoordinierte und planar-tetrakoordinierte Siliziumverbindungen).
Die Arbeitsgruppe von Frau Professor Lu synthetisiert und charakterisiert wohldefinierte Katalysatoren für die Umwandlung reichlich verfügbarer kleiner Moleküle wie N2 und CO2 in nützliche chemische Ausgangsstoffe wie Ammoniak bzw. Methanol. Eine große Herausforderung bei der Entwicklung solcher Katalysatoren ist die Einstellung der Multi-Elektronen- und Protonen-gekoppelten Reaktivität, auch durch das Design der Liganden. Anknüpfungspunkte zur pharmazeutischen Industrie finden sich durch die Entwicklung von Katalysatoren zur C-F Bindungsspaltung.
Im Team von Professor Glaum werden wasserfreie Phosphate der Übergangsmetalle mit einer breiten strukturellen Variabilität erforscht. Die Dimensionalität der darin auftretenden Metall-Oxid-Teilstrukturen bestimmt Farbe, magnetisches Verhalten wie auch deren redoxkatalytische Eigenschaften. Die darauf ausgerichteten Forschungsinteressen umfassen die Synthese, Kristallisation und physikalisch-chemische Charakterisierung dieser Substanzklasse.
Die Forschungsaktivitäten der Gruppe von Professor Kornienko zielen auf die Bewältigung aktueller energiepolitscher Herausforderungen ab, durch die Nutzung von Sonnenlicht zur Synthese. Zu diesem Zweck werden Materialien zur Elektro- und Biokatalyse entwickelt und die Mechanismen in-situ oder in-operando erforscht.
Organische Chemie und Biochemie
In der Organischen Chemie werden zielstrukturorientierte (Dickschat, Höger, Lützen, Menche, von Krbek) und methodenorientierte Synthesen (Bunescu, Gansäuer, Menche) erforscht. Dabei steht einerseits die nachhaltige Chemie (Bunescu, Gansäuer, Dickschat) in Form der Entwicklung von katalytischen (Radikal-)Reaktionen, der Elektrochemie und der Aufklärung der ökologischen Rolle von flüchtigen organischen Verbindungen im Mittelpunkt. Daneben untersuchen Forschende die für Bonn traditionelle Richtung der Supramolekularen Chemie (Höger, Lützen, von Krbek). Hier stehen Selbstorganisationsprozesse von (metallo-)supramolekularen Aggregaten im und fern des Gleichgewichts genauso im Zentrum des Interesses wie die Herstellung von konjugierten linearen, zyklischen und Leiter-Oligomeren und -Polymere mit Anwendungen in der organischen Elektronik und Sensorik sowie zur Oberflächenstrukturierung und -funktionalisierung. Im Zentrum des Interesses der Arbeitsgruppe Engeser stehen Reaktionsmechanismen in Lösung und in der Gasphase. Weiterhin weist die Organische Chemie einen Schwerpunkt in der von der synthetischen Methodenentwicklung getriebenen Naturstoffchemie (Menche, Dickschat) mit Anknüpfungspunkte an die pharmazeutische und medizinische Chemie auf. Daneben wird methoden-basierte Massenspektrometrie (Engeser) und die Rastertunnelmikroskopie (Jester) in der Organischen Chemie betrieben, von der alle Arbeitsgruppen genauso profitieren wie von der hervorragenden Ausstattung im Bereich Hochleistungsflüssigchromatographie und der optischen Spektroskopie (UV-Vis, Fluoreszenz und CD-Spektroskopie) und den in der Zentralanalytik beheimateten Abteilungen für die Einkristallstrukturanalyse und die NMR-Spektroskopie.
Physikalische Chemie
Die Physikalische Chemie bietet zahlreiche spektroskopische Methodenentwicklung z.B. in der mehrdimensionalen nichtlinearen Laserspektroskopie (Vöhringer), der gepulsten multifrequenten Elektronen-Paramagnetischen Resonanz-Spektroskopie (Schiemann) oder der Einzelmolekül- und der Hochleistungslichtmikroskopie (Kubitscheck). Dies ergänzt sich durch die Entwicklungen in der Theoretischen Chemie im Bereich der Spektroskopie (Grimme, Kirchner). Die Anwendung mikroskopischer Techniken zur Charakterisierung von Transportprozessen durch weiche Grenzflächen wie Zellkernmembranen in der biophysikalischen Chemie (Kubitscheck) und der Herstellung und Untersuchung dünner organischer Filme auf festen Grenzflächen (Sokolowski) werden zudem verfolgt. Die Arbeitsgruppen des Instituts für Physikalische und Theoretische Chemie erforschen somit auf molekularer Ebene die Struktur, Dynamik und Reaktivität von einfachen chemischen Modellsystemen, Membranen, Assoziate auf Oberflächen und komplexen Materialien bis hinzu biomolekularen Maschinen in ganzen Zellen. Dabei wenden diese nicht nur moderne physikalische Methoden aus den Bereichen der Spektroskopie und Mikroskopie, sowie quantenchemische und molekulardynamische Methoden an, sondern entwickeln auch selber neue Methoden. Die Arbeit in der Physikalischen Chemie ist interdisziplinär und international ausgerichtet.
Theoretische Chemie
So ist die Theoretische Chemie (Grimme, Kirchner, Bredow) geprägt von der ausgeprägten Methodenentwicklung bis hin zur Behandlung von komplexen Systemen. Dabei entwickelt die Gruppe um Grimme sowohl die rechnerisch aufwändigen Methoden der Wellenfunktionstheorie als auch dispersions-korrigierte Dichtefunktionale, tight-binding MO-Verfahren und Kraftfelder gekoppelt mit speziellen Suchalgorithmen und Prozessen. Der Arbeitskreis Kirchner entwickelt Verfahren zur Beschreibung und Analyse von komplexen Systemen, die in der nachhaltigen Chemie, z.B. ionische Flüssigkeiten oder tiefschmelzende Lösungsmittelgemische oder etwa Batterieforschung, beheimatet sind. Diese werden neben anderen Festkörper-relevanten Themen auch im Arbeitskreis Bredow mittels der Theoretischen Festkörperchemie untersucht.