Spitzenforscher in der Chemie

01.10.2018

Die Alexander-von-Humboldt-Stiftung hat ihn mit einem renommierten Preis ausgezeichnet. Nun kommt der Chemiker Dr. Kazunori Sugiyasu an die Universität Würzburg, um mit Professor Frank Würthner zu forschen.

Dr. Kazunori Sugiyasu wurde mit einem Friedrich-Wilhelm Bessel-Forschungspreis ausgezeichnet. (Fotos: privat / Jakob Dombrowski)

Jedes Jahr vergibt die Alexander-von-Humboldt-Stiftung rund 20 Friedrich-Wilhelm Bessel-Forschungspreise. Damit zeichnet sie international anerkannte, herausragende ausländische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus. Die Geehrten sind eingeladen, selbst gewählte Forschungsvorhaben in Kooperation mit Fachkollegen in Deutschland durchzuführen.

Der derart ausgezeichnete Japaner Dr. Kazunori Sugiyasu kommt Anfang Oktober 2018 an die Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). Am Zentrum für Nanosystemchemie wird er mehrere Monate lang mit Professor Frank Würthner zusammenarbeiten – mit dem Ziel, eine langfristige Kooperation zu etablieren.

Die Forschung in der Nanosystemchemie

Am Zentrum für Nanosystemchemie wird unter Leitung von Frank Würthner unter anderem daran gearbeitet, organische Moleküle zu größeren, sogenannten supramolekularen Einheiten zu arrangieren. Diese Verbünde auf Nano-Ebene sollen beispielsweise dazu fähig sein, möglichst effizient Sonnenlicht zu absorbieren. Auf diese Weise könnte man die Leistungsfähigkeit der organischen Elektronik und Photovoltaik steigern.

Ein weiteres Ziel von Würthners Forschung ist die Entwicklung künstlicher Chloroplasten, die ähnlich wie in Pflanzen Lichtenergie zur Erzeugung von Brennstoffen nutzen. Eine solche künstliche Photosynthese könnte dabei helfen, den Kohlendioxid-Gehalt in der Atmosphäre zu verringern und energiereiche Rohstoffe wie Zucker, Stärke und das Gas Methan zu gewinnen.

Die Leistungen des Bessel-Preisträgers

Das Würzburger Forschungsprofil wird durch die Expertise von Dr. Kazunori Sugiyasu (41) sehr gut ergänzt. Sugiyasu arbeitet am National Institute for Materials Science in Tsukuba (Japan). Dort hat er in der Abteilung von Professor Masayuki Takeuchi am Forschungszentrum für Funktionsmaterialien wichtige Beiträge zur Chemie von konjugierten und supramolekularen Polymeren geleistet.

„Dr. Sugiyasu hat mittlerweile rund 50 Publikationen vorzuweisen, die zu einem erheblichen Teil in den führenden Journalen der Chemie erschienen sind”, schrieb Würthner in seiner Nominierung. „Seine bemerkenswerteste Leistung besteht darin, dass er schon bei seinem ersten Projekt, für das er eigenverantwortlich tätig wurde, einen bedeutenden wissenschaftlichen Durchbruch erzielt hat.” Der japanische Forscher habe erstmals eine „lebende” supramolekulare Polymerisation (Nature Chemistry, 2014) beschrieben. Dadurch sei es unter anderem möglich geworden, sehr viel besser definierte supramolekulare Polymere aufzubauen.

Es folgten tiefergehende mechanistische Analysen, zum Teil bereits in Kooperation mit Forschern in Würzburg, sowie das erste Beispiel für eine mit Licht regulierte supramolekulare Polymerisation. 2017 beschrieb Dr. Sugiyasu in Nature Chemistry den großen Schritt vom kontrollierten eindimensionalen Wachstum zu einer lebenden supramolekularen Polymerisation zweidimensionaler Schichtstrukturen. „Mit diesen Arbeiten konnte Dr. Sugiyasu einen wichtigen Impuls für die Weiterentwicklung des Gebiets der supramolekularen Polymere geben”, sagt Würthner. Es sei weiterhin davon auszugehen, dass die Arbeiten des japanischen Chemikers auch andere Arbeitsrichtungen in der Supramolekularen Chemie stimulieren werden.

Angaben zur geplanten Zusammenarbeit

Dr. Sugiyasu will insgesamt sechs Monate an der JMU forschen. Hier wird er in Projekte eingebunden sein, die bei Professor Würthner am „Key Lab for Supramolecular Polymers” des Bayerischen Polymerinstituts laufen.

Dabei sollen, vereinfacht gesagt, zwei supramolekulare chemische Systeme miteinander verbunden werden: Es ist geplant, die bei Würthner erforschten Perylenbisimid-Farbstoffe, die sich über Wasserstoffbrückenbindungen selbst organisieren, und die von Dr. Sugiyasu erforschten Zinkporphyrine in supramolekularen Block-Copolymer-Materialien zu vereinigen.

Beide Systeme ähneln sich stark und müssten gut kompatibel sein. Außerdem ergänzen sie sich in ihrer Funktion: „Perylenbisimide sind elektronenarm, Zinkporphyrine sind elektronenreich”, so Würthner. Die Kombination der beiden Systeme sollte darum sehr interessante supramolekulare Block-Copolymer-Architekturen ergeben, an denen sich die lichtinduzierte Trennung von Ladungsträgern studieren lässt, wie sie in organischen Solarzellen abläuft.