Der deutsch-tschechische Forschungsverbund „Entwicklung von Designprinzipien für strukturierte Materialien: Synthese, Charakterisierung und Anwendungen“ widmete sich der Forschung im Bereich der Materialwissenschaften. Kooperationspartner waren hierbei die FAU Erlangen-Nürnberg, die Universität Bayreuth, die Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik sowie die Karls-Universität.

Im Rahmen des Forschungsverbundes wurden im ersten Jahr die Grundlagen für eine erfolgreiche wissenschaftliche Zusammenarbeit für die nächsten Jahre gelegt. Die beteiligten Forschungsgruppen von Prof. Dr. Martin Hartmann von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Prof. Dr. Josef Breu von der Universität Bayreuth, Prof. Ing. Jiří Čejka, DrSc. von der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik sowie Prof. RNDr. Petr Nachtigall, Ph.D. von der Karls-Universität pflegten dabei einen aktiven Austausch.

Zu Beginn der wissenschaftlichen Kooperation wurden Proben des Zeolith UOV zur Untersuchung mittels Festkörper-NMR-Spektroskopie in Prag hergestellt und dann in Erlangen untersucht. Die Ergebnisse dieser Zusammenarbeit wurden in einer wissenschaftlichen Publikation, die im Journal of Materials Chemistry A (V. Kasneryk et al.; J. Mater. Chem. A, 2017,5, 22576-22587) erschienen ist, niedergelegt. Im Anschluss daran wurde der Aluminium-Einbau in unterschiedlichen Zeolith-Strukturen untersucht.

Consecutive interlayer disassembly 

Im Rahmen des Forschungsaufenthaltes von T. Weissenberger am J. Heyrovský Institut für Physikalische Chemie in Prag wurden die katalytischen Eigenschaften von hierarchischen Titan-Silikalith-1 Katalysatoren mit zusätzlichen intrakristallinen Makroporen untersucht. Dazu wurden im Vorhinein verschiedene hierarchische TS-1 Proben synthetisiert und dann in Prag in der flüssig-Phasen-Epoxidation von Alkenen getestet. 

Neben den beiderseitigen Forschungsaufenthalten konnten auch zwei Fachworkshops in Třešť und in Český Krumlov sowie ein gemeinsamer wissenschaftlicher Doktoranden-Workshop in Erlangen realisiert werden. Darüber hinaus wurden in Prag auch vier Stipendien in der Gruppe von Prof. Čejka und sechs Stipendien in der Gruppe von Prof. Nachtigal vergeben. 

Im dritten Projektjahr wurde die grenzüberschreitende Forschung weiter vertieft. Jan-Paul Grass (Erlangen) untersuchte am J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry in Prag die an der FAU in Erlangen entwickelten und optimierten mesoporösen schichtartigen und rein schichtartigen Faujasite des Typ X in Bezug auf ihre Basizität. Bei dem Aufenthalt in Prag wurde untersucht, ob die veränderte Zeolithmorphologie die Basizität des Materials verändert, was wiederum Auswirkungen auf die Performance dieser Zeolithe als Katalysator oder Adsorbens hätte. Die Ergebnisse des Forschungsaufenthaltes wurden auf der Deutschen Zeolithtagung 2019 in Dresden als Poster präsentiert.

Die Gruppen von Prof. RNDr. Petr Nachtigall, Ph.D. in Prag und Prof. Dr. Josef Breu in Bayreuth haben im Bereich der LDHs (Layered double hydroxides) weiter zusammengearbeitet. So wurden die experimentellen Untersuchungen in Bayreuth und die dazugehörenden theoretischen Studien in Prag durchgeführt. Der Schwerpunkt lag dabei auf Eisen-haltigen LDHs – Fougèrit and Mößbauerit. Aus der Zusammenarbeit sind zwei Publikationen in guten internationalen Journalen erschienen.
Die Gruppe von Prof. RNDr. Petr Nachtigall, Ph.D. entwickelt in Zusammenarbeit mit der Hartmann-Gruppe zudem Computercodes für die realistische Modellierung von 27Al NMR (MQ MAS)-Spektren. Das Ziel der Zusammenarbeit ist die Bestimmung der optimalen Bedingungen, unter denen theoretische und experimentelle Daten in möglichst direkter Art und Weise miteinander verglichen werden können. Im Verlauf des Jahres 2020 sollen dann die theoretischen Ergebnisse mit experimentellen Daten, die in Erlangen bestimmt werden, verglichen werden.

Neben den wissenschaftlichen Aufenthalten von Doktoranden in den jeweiligen Partnerinstituten sind insbesondere mehrere gemeinsame Veranstaltungen hervorzuheben:

Vom 27. – 28.3.2019 fand an der Universität Bayreuth der Workshop BTHA statt, mit vielen Präsentationen zu verschiedenen Themen. Vorgetragen haben unter vielen anderen auch Prof. Dr. Martin Hartmann, Prof. Ing., DrSc., Prof. Ing. Jiří Čejka, DrSc., Prof. Dr. Josef Breu und Prof. RNDr., Petr Nachtigall, Ph.D. Die Veranstaltung wurde durch ein gemeinsames Abendessen in der Bayreuther Innenstadt abgerundet.

An dem von Prof. Ing. Jiří Čejka, DrSc. organisierten Workshop „School on Catalysis“ am 13. – 15.5.2019 im Liblice nahmen ca. 84 Teilnehmer teil. Ziel war die Ausbildung fortgeschrittener Studierenden und Doktoranden in verschiedenen Teilbereichen der Katalyse. Neben einigen Mitarbeitern aus Prag präsentierte D. Wagner (Bayreuth) ein Poster mit dem Titel „Mesostructured Metal Oxides for Photocatalytic Waste Treatment“.

Zum wissenschaftlichen Austausch und zur Intensivierung der weiteren Zusammenarbeit wurde am 22. – 23.5.2019 ein Treffen der Arbeitsgruppenleiter aus Bayreuth, Erlangen und Prag an der Charles Universität in Prag durchgeführt. Im Rahmen des Treffens wurden weitere Forschungsinhalte besprochen sowie Publikationen und weitere Aktivitäten im Rahmen von Tagungen vorbereitet.

Der von Prof. Ing. Jiří Čejka, DrSc. und Prof. RNDr. Petr Nachtigall, Ph.D. organisierte „Workshop on Layered Materials“ fand vom 2. – 6.9.2019 in Liblice statt. Insgesamt beteiligten sich ca. 67 Teilnehmer an Workshop. Von den deutschen Projektpartnern waren Prof. Dr. Josef Breu und Prof. Dr. Wilhelm Schwieger zu einem Plenarvortrag eingeladen. Zudem präsentierte A. Inayat (Erlangen) einen Kurzvortrag sowie A.V. Radha, D. Wagner (Bayreuth) und J.P. Grass (Erlangen) jeweils ein Poster. Im Rahmen des Workshops fanden zudem Projekttreffen der BTHA-Partner mit intensiven wissenschaftlichen Diskussionen und der Planung der weiteren Zusammenarbeit statt.

Nach 2014 und 2016 wurde vom 30.9 – 2.10.2019 bereits zum dritten Mal an der FAU Erlangen-Nürnberg der Internationaler Workshop on „Hierarchically-ordered Materials – From Theory to Applications“ (HiMat 2019), durchgeführt. Unter der Federführung von Prof. Dr. Martin Hartmann trafen sich 60 Wissenschaftler aus Europa zum intensiven Gedankenaustausch. Aufgrung der großzügigen Unterstützung aus Mitteln der Bayerisch-Tschechischen Hochschulagentur konnten 10 hochkarätige Vortragende gewonnen werden, die verschiedene Aspekte der Synthese, Charakterisierung und Anwendung hierarchischer Materialien behandelten. Zudem wurden in 27 Posterpräsentationen wissenschaftliche Projekte vorgestellt. Insgesamt trugen ca. 60 Wissenschaftler zu den äußerst interessanten wissenschaftlichen Vorträgen und den intensiven wissenschaftlichen Diskussionen bei.

Im Rahmen des Forschungsverbundes wurden eine Reihe wissenschaftlicher Ergebnisse erzielt, welche auf einschlägigen Fachtagungen vorgestellt wurden und in Form von Publikationen der wissenschaftlichen Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden. Die beschriebenen Arbeiten zeigten die herausragende wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen den beteiligten Arbeitsgruppen aus Tschechien und Bayern, die im Folgejahr insbesondere durch weitere Forschungsaufenthalte von Doktoranden intensiviert werden sollte.

Das war 2020 aufgrund der Corona-Pandemie leider nicht wie geplant möglich. Trotzdem wurden Nachwuchswissenschaftler – Christopher J. Heard und Lukas Grajciar (beide Karls-Universität) und Dr. Dorothea Wisser, Stefan Jäger, Katharina Klühspieß (alle FAU Erlangen-Nürnberg) – in weiterer Forschung im Rahmen des Projektes finanziell unterstützt. Von den ursprünglich geplanten Forschungsreisen konnte nur der Besuch Prof. W. Schwiegers an der Karls-Universität im Februar und März 2020 durchgeführt werden. 

Auch einzelne Veranstaltungen mussten umgeplant werden. Ein Workshop zu niedrigdimensionalen Materialien fand im September 2020 in Schloss Liblice statt, die Durchführung von weiteren Veranstaltungen wurde auf 2021 verschoben:

• School of Catalysis – Experimental Techniques in Catalysis, Liblice, Czech Republic, 24. – 26. Mai 2021
• Doktoranden-Seminar FV-17, Karls-Universität Prag, April 2021 (2 Tage)
• International Conference on Layered Materials, Bayreuth oder Erlangen, Oktober 2021, ca. 100 Teilnehmer – Abschlusskonferenz des Forschungsverbundes

Im Februar 2021 erschien ein Sonderheft (Open Access) der renommierten Zeitschrift „Advanced Materials Interfaces“ mit den Professoren Hartmann, Thommes und Schwieger (alle FAU Erlangen-Nürnberg) als Gastherausgebern. Insgesamt wurden 19 Reviews und Originalarbeiten eingereicht und nach einem strengen Begutachtungsprozess auch angenommen.

Die Ergebnisse des Forschungsverbunds wurden zudem in weiteren Journals publiziert.

Der Forschungsverbund wurde durch die Bayerisch-Tschechische Hochschulagentur aus Mitteln des Bayerischen Staatsministeriums der Finanzen und für Heimat gefördert.

Titelfoto: Doktoranden-Workshop in Erlangen am 22. – 23.11.2018.
Foto: Prof. Dr. Martin Hartmann, FAU Erlangen-Nürnberg