Otte forskere fra Kemisk Institut modtager mere end 40 millioner fra DFF

'Det er ikke hver dag, otte kollegaer fra Kemisk Institut nærmest samtidigt får besked fra Danmarks Frie Forskningsfond, at de modtager millioner i støtte til deres forskningsprojekter”. Institutleder Mikael Bols ønsker lektor Thorsten Hansen, Professor Gemma Clare Solomon Larsen, Lektor Thomas Just Sørensen, Lektor Stergios Piligkos, Lektor Tom André Jos Vosch, Lektor Michael Pittelkow og professor Kurt Valentin Mikkelsen tillykke med den store anerkendelse af deres forskning i de meget forskellige felter af kemien de forsker i - fra kvantemekaniske beregninger, over syntese af nye lysemiterende stoffer til projekter til test og fabrikation af solceller der kombinerer teoretisk modellering, organisk syntese, singlet-oxygen studier. ”Antallet af imødekomne ansøgninger viser kvaliteten af forskningen på Kemisk Institut er i verdensklasse, men også at vi kan imødekomme ønsket om, at vi som forskere bidrager til den grønne omstilling og udviklingen af et bæredygtigt samfund”.

Læs mere om de enkelte projekter, der er blevet finansieret af Danmarks Frie Forskningsfond nedenfor.

Lektor Thorsten Hansen, 2.877.423 kr
”Charge Separation in Nature”
Solens stråler absorberes af klorofylmolekyler i planternes grønkorn. Energien hopper fra klorofyl til klorofyl indtil det når reaktionscentret. Her splittes en elektron fra et hul, og de to ladninger bevæger sig i modsatte retninger. De bringer begge energi med sig til de kemiske reaktioner der danner sukker og ilt. Vi kender reaktionscentrets atomare struktur og vi ved hvor hurtigt opsplitningen af energi foregå, men vi mangler en forståelse der er så detaljeret at vi kan fremstille molekyler, der kan det samme.
Moderne, såkaldt kohærente lasereksperimenter foregår i Sverige og Michigan, og de lokker nye detaljer frem, men for at presse al information ud af eksperimenterne, har vi brug for kvantemekaniske beregninger af hvad vi forventer at se. Først når måling og beregning passer sammen forstår vi det godt nok. Vi vil lave de nødvendige beregninger for reaktionscentret og dermed bidrage til detailforståelsen.

Professor Gemma Clare Solomon Larsen, 2.860.847 kr
”Designing Molecular Dielectric Materials”
En af de mest fundamentale begrænsninger for udviklingen af fremtidens elektroniske komponenter består i at undgå, at strøm løber gennem dele af enheden, hvor der ikke er behov for det. I takt med at komponenterne i moderne elektronik nærmer sig en størrelse på få nanometer (en milliardtedel af en meter), skal en effekt kaldet kvantemekanisk tunnelering undertrykkes, hvis ikke strømmen skal lække frit rundt i komponenten. Fornyligt demonstrerede vi (Nature 2018, 558 (7710), 415-419), at der findes molekyler med funktionelle grupper, der er mere strømisolerende end et tomrum af samme størrelse på grund af en bemærkelsesværdig undertrykkelse af tunneleringseffekten. I dette projekt bruger vi denne indsigt til at designe nye dielektriske materialer. Den centrale udfordring er, at opretholde den strømisolerende egenskab af et molekyle, mens dets dielektriske konstant gøres større. Vi anvender en kombination af high-throughput screening algoritmer, og studier af atomiske kvantetransport egenskaber for enkeltmolekyler, samt enkelt- og flerlag af molekyler. Projektet vil bestå af en PhD studerende.

Lektor Thomas Just Sørensen, 2.875.440 kr
“Improving rare earth separation - characterising the interface during hydrometallurgic treatment”
Det moderne samfund er bygget på teknologiske landvindinger, og den næste store udfordring er overgangen fra fossile brandstoffer til grøn energi. Det kræver en stor mængde sjældne jordarter, da de nødvendige teknologier alle bruger disse grundstoffer, vokser vores forbrug af disse støt. Det er en udfordring da de processer der bruges til at udvinde de sjældne jordarter er energikrævende og bruger store mængder af forurenende kemikalier. Udvindingsprocessen foregår ved at en vandig fase og et organisk solvent blandes under kraftig omrøring. Derved opstår en emulsion, hvori de sjældne jordarter overføres fra den vandige fase til det organiske solvent. Vi kender kemien i de to faser, men selve den process hvorved overførslen fra den ene fase til den anden fase sker, den kender vi ikke. Og det er den process dette projekt skal studere, således at vi kan tilvejebringe ny viden, som så kan bruges til at optimere udvindingen af disse vigtige grundstoffer.

Professor Bo Wegge Laursen, 2.808.523 kr
“Ultra-bright fluorescent nanoparticles”
Moderne biologisk og medicinsk forskning og teknologi benytter sig i meget stort omfang af fluorescerende farvestoffer til at visualiserer og undersøge væv, celler og biomolekyler så som proteiner og DNA. Ved at erstatte disse fluorescerende molekyler med fluorescerende nanopartikler kan der opnås et flere hundrede ganger kraftigere fluorescens signal hvilket kan være afgørende for at udvikle mere følsomme, hurtigere og mere præcise analyser. Dette projekt sigter mod at udvikle en ny type af fluorescerende nanopartikler som kun indeholder organiske molekyler og ingen tungmetaller som ellers ofte er en del af fluorescerende nanopartikler. Desuden vil de nye nanopartikler give op til 50 gange kraftigere signal end nuværende produkter på markedet og nemt kunne justeres med hensyn til fluorescensbølgelængde. Vi forventer at dette vil gøre udvikling af ny super-følsomme analyse metoder i medicinsk og biologisk forskning hurtigere og mere effektiv. Udviklingen af de nye fluorescerende nanopartikler foregår på Kemisk Institut og Nano-Science Center ved Københavns Universitet under ledelse af professor Bo Wegge Laursen.

Lektor Stergios Piligkos, 2.877.661 kr
“Dinuclear lanthanide-based cage complexes as bimodal MR/NIR imaging probes”

Vi har for nylig syntetiseret en ny familie af dinuclear Lanthanide-baserede burkomplekser. Vi tror, at disse komplekser kan fungere som fremragende bimodal magnetisk resonans (MR) / Near InfraRed (NIR) billeddannelsesmidler, siden 1) De to lanthanidioner er rumligt indesluttet i et burlignende miljø, hvor hvert lanthanidcenter koordineres af en heptadentatligand , der potentielt resulterer i en stor termodynamisk stabilitetskonstant således til en reduceret frigivelseshastighed for Gd (III) i væv; 2) Kompleksernes dinuklare natur resulterer i et magnetisk moment større end dette af de i øjeblikket anvendte kommercielle Gd (III) -baserede MRI-kontrastmidler, hvilket potentielt resulterer i en analogt højere afslapningsevne og iboende detektionsfølsomhed; 3) Komplekserne, der indeholder Yb, Nd eller Er, udsender i det meget interessante NIR-II-område; 4) Den trikationiske ladning af buret tillader relativt høj opløselighed i vand; 5) Det ene koordinerede vandmolekyle via en ligandudvekslingsmekanisme.

Lektor Tom André Jos Vosch, 6.177.933 kr
” Silver Nanocluster Dyes”
Projektet fokuserer på udviklingen af sølv-nanoklynge farvestoffer som nye markører til anvendelse indenfor fluorescensafbildning. For første gang vil vi være i stand til at benytte en rationel designstrategi baseret på informationer omkring den atomare struktur. Sølv-nanoklynge farvestoffer består af små sølv-klynger stabiliseret af DNA-strenge. Deres optiske egenskaber kan tunes ved at modificere DNA-sekvensen, som ændrer den stabiliserede sølv-nanoklynges størrelse, ladning og form. Det ultimative mål for projektet er at bringe denne nye type af stærkt lysende og bio-kompatible emittere fra laboratoriet til anvendelse i praksis af forskere over hele kloden.

Lektor Michael Pittelkow, 6.185.974 kr
”Chiral OLEDs”
Organise lysidioder (OLEDs) er en integreret del af hverdagen. For kemikere kan de bruges som kilde til photoner som f.eks. kan bruges til at drive kemiske reaktioner. Almindeligt lys er en blanding af højre- og venstre cirkulært polariseret lys, og hvis man ønsker OLEDs der emmiterer udelukkende den ene chiralitet, kan dette opnås ved brug af komponenter som linær polarisatoerer og kvartbølgeplader. Dette gør dog LED'en markant mere kompleks og mindre effektiv. I dette projekt vil vi udvikle effektive OLEDs ved brug af chirale fluorophorer baseret på såkaldte helicener, og bruge disse til at lave simple OLEDs der udsender cirkulært polariseret lys. I løbet af projektet vil vi udvikle syntesekemi der sætter os i stand til at lave de første kendte polymerer af helicener, og vi forventer at disse vil vekselvirke særdeles stærkt med lys, og dermed fungere som den chiralt emmiterende komponent i chirale OLEDs.

Professor Kurt Valentin Mikkelsen, 6.185.082 kr
“Tuning the Photostability of Organic Photovoltaics Components”
Organiske solceller har betydelige fordele ift. silicium-baserede ved at være lette, billige, fleksible og fri for tungmetaller. Dette placerer organisk fotovoltaics (OPV) som en attraktiv teknologi i de kommende år. Der er dog den uheldige ulempe ved OPV, at de organiske forbindelser, som udgør komponenterne, kun udviser begrænset fotostabilitet. En forlængelse af disse organiske forbindelsers levetid er en af de store udfordringer, som skal løses, hvis OPV skal blive konkurrencedygtigt. Målet med dette projekt at udvikle mere stabile organiske solceller ved 1) at reducere de organiske komponenters evne til at producere og reagere med "singlet-oxygen" og ved 2) at minimere initiering og effekten af radikal-baserede kædereaktioner / oxidationsprocesser. Vi vil have særligt fokus på én type af organiske molekyler, såkaldte bor-subphthalocyaniner. Ved passende funktionalisering af disse molekyler håber vi at kunne kontrollere deres lyshøstende og redox-aktive egenskaber samt deres evne til at danne singlet oxygen. Ved en systematisk tilgang håber vi at kunne opstille vigtige struktur-egenskabsrelationer, der kan udvides til andre typer af organiske molekyler. Projektet kombinerer teoretisk modellering, organisk syntese, singlet-oxygen studier og fabrikation og test af solceller baseret på de nye organiske forbindelser, som udvikles i projektet.