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Material und Energie

Abstract zum Schwerpunktbereich

Der Schwerpunktbereich hat die langfristige und tiefgehende Erforschung des Nexus „Material und Energie“ zum Ziel. Die nachhaltige Gewinnung, Wandlung, Speicherung und auch Einsparung von Energie sind heute zentrale Herausforderungen unserer Gesellschaft. Diese erfordern Materialien mit speziellen Eigenschaften für die entsprechenden Technologien, die ihrerseits möglichst ressourcen-unkritisch und nachhaltig erzeugt werden sollen. Die hierfür notwendigen Materialsynthesen und -prozesse sind ihrerseits oft mit einem hohen Energieaufwand verbunden – was den Nexus „Material und Energie“ begründet. In erster Linie stammen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in diesem erfolgreichen Schwerpunkt aus den material- und energienahen Fachgebieten Chemie und Physik; die Beteiligung von Forschenden aus angrenzenden Disziplinen der Naturwissenschaften und der Nachhaltigkeitsforschung ist im Hinblick auf erfolgreiche Kooperationsprojekte sinnvoll und wünschenswert. An der JLU prägt derzeit die Forschung in der elektrochemischen Energiewandlung und -speicherung, der molekularen Wasserstoffspeicherung, Elektro-und Thermochromie für Smart Windows, der Halbleiterphysik, der Katalyse und an neuen Synthesemethoden den Schwerpunktbereich. Hinzu kommen neue wissenschaftliche Brücken in die Raumfahrt, die Lebensmittelchemie, die Biowissenschaften und die Medizin. Der Schwerpunktbereich trägt eine Reihe von Forschungsverbünden, u.a. den Exzellenzcluster POLiS, den BMBF-Kompetenzcluster FestBatt, den LOEWE-Schwerpunkt PriOSS und die DFG-Forschungsgruppe MOST. Er ist fortwährender Ausgangspunkt für neue koordinierte Forschungsinitiativen und wird stark durch das Zentrum für Materialforschung unterstützt. 

Beteiligte Disziplinen

Anorganische Chemie, Organische Chemie, Physikalische Chemie, experimentelle und theoretische Festkörperphysik, Oberflächenphysik, Materialwissenschaft

Externe Kooperationspartner/innen

Im Inland

Im Ausland

  • University of Padova, Italien: Prof. Dr. Groß
  • Tohoku University, Japan: Prof. Dr. Amezawa, Prof. Dr. Ohno
  • Institute of Science Tokyo, Japan: Prof. Dr. Kanno, Prof. Dr. Arai
  • University of California Santa Barbara, USA: Prof. Dr. Sakamoto
  • College de France, Frankreich: Prof. Dr. Tarascon
  • University of Oxford, UK: Prof. Dr. Bruce, Prof. Dr. Pasta

Strukturen und Programme der Nachwuchsförderung
  • B.Sc. (dt.) /M.Sc. (engl.) „Advanced Materials“
  • Double-Degree-Programme mit den Universitäten Osaka, Kansai sowie Padua
  • Fast Track-Programm „PreProChem“
  • Graduiertenzentrum für Naturwissenschaften und Psychologie (GGN) (seit 2022)
  • Einrichtung des Graduiertenprogramms Ludwig-Schunk
  • Beteiligung an der Kooperativen Promotionsplattform und dem Promotionszentrum für Ingenieurwissenschaften (PZI) des FCMH; Ermöglichung ingenieurwissenschaftlicher Promotion
  • Nachwuchsgruppen am Zentrum für Materialforschung
  • Liebig-Kolleg – Programm für den hochqualifizierten internationalen wissenschaftlichen Nachwuchs und für Gastdozenten im Fachgebiet Chemie

Wichtigste wissenschaftliche Erfolge seit 2014

Strukturbildende Elemente

  • 2025-2032: Förderbescheid Exzellenzcluster EXC 2154 POLiS – Post Lithium Energy Storage
  • Forschungsbau „GC-ElMaR - Gießen Center for Electrochemical Materials Research“ (geplante Fertigstellung 12/2026)
  • Zentrum für Materialforschung (ZfM) 

Drittmittel/Auszeichnungen

  • EFRE-Innovationslabor „Prozessdiagnostik"
  • Forschungsgruppe FOR 2824 "Amorphe molekulare Materialien mit extrem nichtlinearen optischen Eigenschaften"
  • Forschungsgruppe FOR 5499 "Molekulares Management von Sonnenenergie - Chemie von MOST-Systemen"
  • 2014-2025: Sieben Nachwuchsgruppenförderungen im ERC-Programm (EU), Emmy-Noether-Programm (DFG), NanoMatFutur- und BattFutur-Programm (BMBF)
  • 2022: Ehrendoktorwürde der TU Delft, Greve-Preis der Leopoldina; 2023: IBA Research Award, 2020-2024: „Highly Cited Researcher“ (Clarivate AG), 2025: Heinrich-Hertz-Preis, Prof. Jürgen Janek
  • 2022: ERC Advanced Grant; 2024: Leibniz-Preis, Prof. Peter R. Schreiner

Publikationen

  • Yan, H.; Hohman, N.J.; Hua Li, F.; Jia, C.; Solis-Ibarra, D.; Dahl, J.E.P.; Carlson, R. M. K.; Tkachenko, B. A.; Fokin, A. A.; Schreiner, P.R.; Liang, Y.; Kim, T. R.; Devereaux, T.; Shen, Z.-X.; Melosh, N. A. [2017]: Hybrid metal–organic chalcogenide nanowires with electrically conductive inorganic core through diamondoid-directed assembly, Nature Mat., 16, 349–357.
  • Janek, J.; Zeier, W. [2016]: A solid future for battery development, Nat. Energy 1, 16141.
  • Busche, M. R.; Drossel, T.; Leichtweiss, T.; Falk, M.; Schneider, M.; Reich, M. L.; Sommer, H.; Adelhelm, P.; Janek, J. [2016]: Ion transfer across a solid-liquid electrolyte phase boundary. Resistance contributions and dynamic interphase formation, Nat. Chem. 8, 426-434.
  • Hartmann, P.; Bender, C.; Vračar, M.; Dürr, A. K.; Garsuch, A.; Janek, J.; Adelhelm, P. [2013]: A Rechargeable Room-Temperature Sodium Superoxide Battery, Nat. Mater. 12, 228-232.
  • Artur Mardyukov, Felix Keul, and Peter R. Schreiner, [2020]: Preparation and Characterization of the Enol of Acetamide: 1-Aminoethenol, a High-Energy Prebiotic Molecule. Chem. Sci. 2020, 11, 12358–12363.
  • Randau, S.; Weber, D.A.; Kötz, O.; Koerver, R.; Braun, P.; Weber, A.; Ivers-Tiffée, E.; Adermann, T.; Kulisch, J.; Zeier, W.G.; Richter, F. H.; Janek, J. [2020]: Benchmarking the performance of all-solid-state lithium batteries. Nature Energy, 5, 259. 
  • Q. Zhong, A. Ihle, S. Ahlers, H.A. Wegner, A. Schirmeisen, D. Ebeling [2021]: Constructing covalent organic nanoarchitectures molecule by molecule via scanning probe manipulation. Nature Chemistry, 13, 1133–1139.