Wissenschaft + Forschung

Interskriptum

Es wird eng. Die Idee des Top-XX-aus-XX-Interskriptums st&ouml;&szlig;t langsam an die platzm&auml;&szlig;igen Grenzen. Gerade wenn wie in diesem Jahr noch eine Besonderheit zu erkl&auml;ren ist: Unter den in der GDCh-App im letzten Jahr meistgelesenen Artikeln aus den Nachrichten aus der Chemie tummeln sich n&auml;mlich einige Dauerbrenner &ndash; darunter sogar ein absoluter Oldie wie der Analytikbeitrag &bdquo;Riechen Krebszellen anders?&ldquo; aus dem Jahr 2011.
Also spezifizieren wir: Es geht um die meistgeklickten Artikel, die im Jahr 2024 erschienen sind. Sehr beliebt sind zum Beispiel die Elementer&auml;tsel. Gleich sieben davon haben unsere Leserinnen und Leser in die Top-24 geklickt, bestplatziertes war auf Platz 11 &bdquo;Es gr&uuml;nt so gr&uuml;n&ldquo; (n&auml;mlich: das Praseodym, [Nachr. Chem. 2024, 72(11), 99]).
Ansonsten herrscht &ndash; Nachrichten-typisch &ndash; bunte Vielfalt. Nur die Hardcore-Wissenschaftsbeitr&auml;ge sind sp&auml;rlich in den Spitzenpositionen vertreten. Leicht &uuml;berraschend: Auch Meinungsbeitr&auml;ge sind keine Selbstl&auml;ufer beim Rennen um Klickzahlen. Auf Platz 22 findet sich unser Interview mit Henning Hopf, &bdquo;Das stoffliche Problem ist ernst&ldquo; [72(7&ndash;8), 8]. Der Leitartikel &bdquo;Lasst uns gro&szlig; denken&ldquo; von Peter Seeberger [72(12), 3] steht auf Platz 19 (hatte es aber auch schwer, da er erst zwei Wochen vor Stichtag dieser Statistik erschien); &bdquo;Die Mesomerie von Lachen und Laborarbeit&ldquo;, der April-Leitartikel des Chemikers und Comedians Emir Wiersma, hat es mit Platz 8 in den einstelligen Bereich geschafft [72(4), 3]).
Hier der Top-Ten-Countdown: Auf Platz 10 die &bdquo;Meilensteine der Chemie 2024&ldquo; [72(1), 8], knapp davor &bdquo;Sonnen- und Windenergie speichern&ldquo; [72(10), 28]. Auf der 7 etwas S&uuml;&szlig;es, n&auml;mlich &bdquo;Schokolade kann noch besser&ldquo; [72(9), 12] und auf der 6 &bdquo;Umweltchemikalien &ndash; Die Suche nach der Achillesferse&ldquo; [72(3), 26]. Unser Schlaglichtheft Lebensmittel ist auf den n&auml;chsten beiden Pl&auml;tzen vertreten mit dem &bdquo;Trendbericht Lebensmittelchemie&ldquo; [72(9), 54] und dem &bdquo;Pro &amp; Contra Hochverarbeitete Lebensmittel&ldquo; [72(9), 16].
Die Bronzemedaille geht in die Chemiedidaktik: &bdquo;Jedes B&ouml;hnchen gibt kein T&ouml;nchen&ldquo; von Hanne Rautenstrauch [72(9), 8]. Vizemeister des Jahres 2024 wird der April-April-Beitrag &bdquo;Von CO2-Abschneidern und F-gedopten Athleten&ldquo; [72(4), 8]. Und ganz weit vorne: Jens Meilers und Clara Schoeders Beitrag zum Nobelpreis f&uuml;r Chemie 2024 [72(11), 8]: &bdquo;Proteine falten und entwerfen&ldquo;. Herzlichen Gl&uuml;ckwunsch!
Im Interskriptum schreibt Nachrichten-Chefredakteur Christian Remenyi &uuml;ber Chemisches und Komisches &ndash; und was sich sonst noch so im Zettelkasten der Redaktion findet. <a href="mailto:nachrichten@gdch.de">nachrichten@gdch.de</a>
Und hier noch das komplette Top-24-Ranking:
<a href="https://gdch.app/article/proteine-falten-und-entwerfen-4146113" target="_blank" rel="noopener">Proteine: Falten und Entwerfen</a>
<a href="https://gdch.app/article/von-co2abschneidern-und-fgedopten-athleten-4142264" target="_blank" rel="noopener">Von CO2-Abschneidern und gef&auml;lschten Athleten</a>
<a href="https://gdch.app/article/jedes-boehnchen-gibt-kein-toenchen-4143620" target="_blank" rel="noopener">Jedes B&ouml;hnchen gibt kein T&ouml;nchen</a>
<a href="https://gdch.app/article/pro-und-contra-hochverarbeitete-lebensmittel-4145023" target="_blank" rel="noopener">Pro und Contra hochverarbeitete Lebensmittel</a>
<a href="https://gdch.app/article/lebensmittelchemie-2024-4140550" target="_blank" rel="noopener">Trendbericht Lebensmittelchemie 2024</a>
<a href="https://gdch.app/article/die-suche-nach-der-achillesferse-4140286" target="_blank" rel="noopener">Die Suche nach der Achillesferse</a>
<a href="https://gdch.app/article/schokolade-kann-noch-besser-4144556" target="_blank" rel="noopener">Schokolade kann noch besser</a>
<a href="https://gdch.app/article/die-mesomerie-von-lachen-und-laborarbeit-4142754" target="_blank" rel="noopener">Die Mesomerie von Lachen und Laborarbeit</a>
<a href="https://gdch.app/article/sonnen-und-windenergie-speichern-4143998" target="_blank" rel="noopener">Sonnen- und Windenergie speichern</a>
<a href="https://gdch.app/article/meilensteine-der-chemie-2024-4139335" target="_blank" rel="noopener">Meilensteine der Chemie 2024</a>
<a href="https://gdch.app/article/es-gruent-so-gruen-4146114" target="_blank" rel="noopener">Elementer&auml;tsel 11/2024: Es gr&uuml;nt so gr&uuml;n</a>
<a href="https://gdch.app/article/es-gibt-kein-richtiges-element-im-falschen-4143899" target="_blank" rel="noopener">Elementer&auml;tsel 7-8/2024: Es gibt kein richtiges Element im falschen</a>
<a href="https://gdch.app/article/mohr-ohne-chromat-4139385" target="_blank" rel="noopener">Mohr ohne Chromat</a>
<a href="https://gdch.app/article/mehr-herstellen-mit-weniger-leuten-4140727" target="_blank" rel="noopener">Mehr herstellen mit weniger Leuten</a>
<a href="https://gdch.app/article/das-im-roten-baeren-4141728" target="_blank" rel="noopener">Elementer&auml;tsel 3/2024: Das im roten B&auml;ren</a>
<a href="https://gdch.app/article/das-fast-schon-offensichtliche-4143641" target="_blank" rel="noopener">Elementer&auml;tsel 6/2024: Das fast schon Offensichtliche</a>
<a href="https://gdch.app/article/milch-oder-nicht-4144416" target="_blank" rel="noopener">Milch oder nicht</a>
<a href="https://gdch.app/article/nicht-fisch-nicht-fleisch-4145482" target="_blank" rel="noopener">Elementer&auml;tsel 10/2024: Nicht Fisch, nicht Fleisch</a>
<a href="https://gdch.app/article/lasst-uns-gross-denken-4146749" target="_blank" rel="noopener">Lasst uns gro&szlig; denken</a>
<a href="https://gdch.app/article/zeitaufgeloeste-spektroskopie-molekularer-photochemietrendbericht-physikalische-chemie-2024-13-4143084" target="_blank" rel="noopener">Zeitaufgel&ouml;ste Spektroskopie: Molekulare Photochemie, Trendbericht Physikalische Chemie 2024 (1/3)</a>
<a href="https://gdch.app/article/99-jahre-element-75-4142912" target="_blank" rel="noopener">99 Jahre Element 75</a>
<a href="https://gdch.app/article/gefolgsmann-und-unterhaendler-4144669" target="_blank" rel="noopener">Elementer&auml;tsel 9/2024: Gefolgsmann und Unterh&auml;ndler</a>
<a href="https://gdch.app/article/das-stoffliche-problem-ist-ernst-4143364" target="_blank" rel="noopener">Das stoffliche Problem ist ernst</a>
<a href="https://gdch.app/article/rar-und-ruhmreich-4143166" target="_blank" rel="noopener">Elementer&auml;tsel 5/2024: Rar und ruhmreich</a>

Top‐24 aus 24

Blickpunkt Biowissenschaften

Seit den 1990er Jahren sind die Rezeptoren des Geruchssinns bekannt &ndash; erst jetzt erschlie&szlig;en Strukturuntersuchungen ihre Erkennungsmechanismen. Ger&uuml;che vorherzusagen und neue Geruchsstoffe zu entwerfen, ist noch schwierig; dabei soll nun k&uuml;nstliche Intelligenz helfen.
Vor 20 Jahren erhielten Linda Buck und Richard Axel den Medizin-Nobelpreis. Wie sie entdeckt hatten, sind die molekularen Rezeptoren unseres Geruchssinns G-Protein-gekoppelte Membranproteine &ndash; ebenso wie etwa das sehr viel fr&uuml;her erforschte Rhodopsin f&uuml;r die Lichtwahrnehmung im Auge. Die Mechanismen, wie diese Rezeptoren ein G-Protein aktivieren und letztlich ein Nervensignal erzeugen, stehen in einschl&auml;gigen Lehrb&uuml;chern. Es klingt also wahrscheinlich, dass die wesentliche Frage gel&ouml;st ist und nur noch die Einzelheiten zu kl&auml;ren sind.
Beim Geruchssinn erwiesen sich diese Details allerdings als knifflig. Im menschlichen Genom sind rund 400 Geruchsrezeptoren codiert. Das ist zwar etwa die H&auml;lfte unserer Gesamtausstattung an G-Protein-gekoppelten Rezeptoren, aber eher wenig verglichen mit anderen S&auml;ugetieren, die sich st&auml;rker auf ihren Geruchssinn verlassen als wir &ndash; M&auml;use haben &uuml;ber 1000 Gene f&uuml;r Geruchsrezeptoren.
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<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/YvGtglbqS46ThEtqKkm5">
<figcaption><label>Abb.1: </label>Die Maus riecht mit einer besonderen Art von Rezeptoren Amine, die bei der Decarboxylierung von Aminos&auml;uren entstehen &ndash; das verr&auml;t ihr Geschlecht und sexuelle Reife ihrer Artgenossen. Bild: Vera Kuttelvaserova / Adobe Stock</figcaption>
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Zwar exprimiert jede einzelne Riechzelle in unserer Nase nur einen dieser 400 Rezeptoren. Wie diese sich gegen&uuml;ber den Stoffen verhalten, die wir riechen k&ouml;nnen, ist weniger eindeutig: Ein Geruchsstoff kann mehrere Rezeptoren auf verschiedene Weisen ansprechen, und ein Rezeptor kann unterschiedliche Geruchsstoffe auf verschiedene Weisen erkennen.
Das kennen wir zum Beispiel vom besser untersuchten Rezeptor f&uuml;r s&uuml;&szlig;en Geschmack &ndash; viele Molek&uuml;le, deren Strukturen nicht viel gemeinsam haben, schmecken s&uuml;&szlig;. Manche wirken mehrere Gr&ouml;&szlig;enordnungen st&auml;rker auf den Rezeptor als Zucker &ndash; beispielsweise das Protein Monellin oder die S&uuml;&szlig;stoffe Aspartam und Saccharin (3000-, 200- beziehungsweise 450-mal st&auml;rker als Zucker).
Es gibt also keinen einfachen Zusammenhang in dem Sinne, dass jeder Geruchs-Schl&uuml;ssel ein passendes Rezeptor-Schloss &ouml;ffnet. Um die komplexere Wirklichkeit des molekularen Erkennens zu erfassen, braucht die Wissenschaft Strukturen von Rezeptoren mit und ohne die zugeh&ouml;rigen Geruchsstoffe &ndash; am besten viele Strukturen vieler solcher Kombinationen.
<h2 type="main">Neue Strukturen</h2>
Leider erwiesen sich die 400 Geruchssensoren des Menschen und die zahlreicheren der Maus als schwer zug&auml;nglich f&uuml;r die Strukturforschung. Sie lassen sich nur schlecht au&szlig;erhalb der Geruchszellen exprimieren und schon gar nicht kristallisieren. Immerhin sagt das KI-Programm Alphafold Strukturen f&uuml;r die ligandenfreien Rezeptoren vorher.1) Anhand dieser Strukturen k&ouml;nnte man versuchen zu raten, wo der Geruchsstoff vielleicht bindet, und die Wechselwirkung zu modellieren. Aber letztlich f&uuml;hrt kein Weg daran vorbei, die Struktur des Gesamtkomplexes experimentell zu bestimmen.
Im M&auml;rz 2023 ermittelten die Arbeitsgruppen von Hiroaki Matsunami und Aashish Manglik erstmals die Struktur eines Geruchsrezeptors aus Wirbeltieren.2) Die Arbeitsgruppen an der Duke University in Durham, North Carolina beziehungsweise an der University of California in San Francisco nutzten dazu Kryo-Elektronenmikroskopie. Es handelt sich um den menschlichen Rezeptor OR51E2, der vermutlich auf die Erkennung kurzkettiger Carbons&auml;uren spezialisiert ist, mit dem gebundenen Geruchsstoff Propions&auml;ure. Die findet sich etwa im Aroma ger&ouml;steten Kaffees und in menschlichem Mundgeruch.
<h2 type="main">OR51E2 bindet Propions&auml;ure</h2>
Den Strukturbildern zufolge gibt es sowohl eine hydrophile Verankerung der Carbons&auml;uregruppe als auch eine hydrophobe Bindungstasche f&uuml;r den Kohlenwasserstoffanteil des Molek&uuml;ls. Die Gr&ouml;&szlig;e dieser Bindungstasche entscheidet vermutlich, welche Carbons&auml;uren der Rezeptor erkennen kann.
Dieser Bindungsmechanismus unterscheidet sich fundamental von dem eines zuvor untersuchten Ionenkanals bei Fruchtfliegen, den Geruchsstoffe aktivieren: Hier beruht die molekulare Erkennung auf hydrophoben Wechselwirkungen, die &uuml;ber einen weiten Bereich verteilt sind.3)
W&auml;hrend die meisten Geruchsrezeptoren der Wirbeltiere sich rasch ver&auml;ndern und evolvieren, ist die Gensequenz von OR51E2 bemerkenswert einheitlich geblieben. Der Rezeptor muss also au&szlig;er f&uuml;r das Riechen auch f&uuml;r lebensnotwendige Prozesse zust&auml;ndig sein, vermuten die Autor:innen. Dieser Rezeptor wird auch im Darm und in der Prostata hergestellt, was bedeutet: Er hat unter verschiedenen Bedingungen eine recht robuste Struktur, die sich ohne gro&szlig;e Probleme faltet. Das k&ouml;nnte erkl&auml;ren, weshalb er in Laborkulturen leichter zug&auml;nglich ist. Inwieweit sich also die Erkenntnisse dieses Sonderfalls auf die &uuml;brigen, rasch evolvierenden Geruchsrezeptoren verallgemeinern lassen, bleibt zu erforschen.
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<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/kfh2nQoJRK5zoh6T6a4b">
<figcaption><label>Abb.2: </label>Phylogenetischer Baum der menschlichen G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) der Klasse A und der Konsensgeruchsrezeptoren (consensus odorant receptors, consORs). Geruchs-GPCRs in rosa, blau und cyan (Klasse-II-ORs, Klasse-I-ORs und trace amine associated receptors, TAARs). Graue Linien: nicht-olfaktorische GPCRs. Die gezeigten Molek&uuml;le werden von den olfaktorischen GPCRs erkannt, wof&uuml;r die Heteroatome verantwortlich sind. Hervorgehoben ist OR51E2, die einzige bekannte Struktur eines menschlichen Geruchsrezeptors. Abbildung: aus Lit. 8)</figcaption>
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<h2 type="main">Eine weitere Klasse von Rezeptoren</h2>
Weitere Einblicke erbrachte bald nach dieser Studie eine zweite, sehr viel kleinere Familie von Geruchsrezeptoren, die nicht als ORs (Olfactory Receptors) klassifiziert werden, sondern als TAARs (Trace Amine Associated Receptors). Diese sind den Rezeptoren f&uuml;r Botenstoffe wie Serotonin und Dopamin genetisch verwandt, weshalb sich ihre Strukturen und Funktionsweisen &auml;hneln. Auch TAARs werden in Riechzellen hergestellt, wie Stephen Liberles und Linda Buck im Jahr 2006 zeigten. Die Maus hat f&uuml;nfzehn solcher Rezeptoren, der Mensch nur sechs. M&auml;use erschn&uuml;ffeln damit Amine, die bei der Decarboxylierung von Aminos&auml;uren entstehen, typischerweise im Urin der Artgenoss:innen vorkommen und Aufschluss &uuml;ber das Geschlecht und die sexuelle Reife der Tiere geben k&ouml;nnen.
Im Mai 2023 ver&ouml;ffentlichten Lulu Guo von der Shandong Universit&auml;t in Jinan, China, und Kolleg:innen &ndash; darunter TAAR-Mitentdecker Liberles &ndash; die Kryo-Elektronenmikroskopie-Strukturen mehrerer Funktionskomplexe, welche aus dem Rezeptor TAAR-9 der Maus mit gebundenen G-Proteinen und Geruchsstoffen bestehen.4) Die Strukturbilder zeigen eine tiefe und enge Bindungstasche f&uuml;r den Geruchsstoff sowie weitere Einzelheiten der molekularen Wechselwirkungen, also etwa spezifische Bindungen und Erkennungsmechanismen, durch die ein Signal weitergegeben wird.
Bald danach folgten zwei Strukturen von menschlichen TAAR15,6) sowie die Struktur des Maus-Rezeptors TAAR7f.7) Die TAAR7f-Arbeit vergleicht ausf&uuml;hrlich die vier bis dahin bekannten TAAR-Strukturen.
<h2 type="main">Neue Nasen</h2>
Die Geruchswahrnehmung wird auch deswegen eingehender erforscht, weil Aussicht auf neue technische Sensoren besteht &ndash; und zwar besonders f&uuml;r jene Anwendungen, f&uuml;r die bis heute Sp&uuml;rhunde n&ouml;tig sind. Bisher k&ouml;nnen &bdquo;elektronische Nasen&rdquo; nicht einmal mit dem menschlichen Riechorgan konkurrieren, geschweige denn mit den feineren Nasen anderer S&auml;ugetiere.
Es wird noch dauern, bis wir die Geruchsrezeptoren gut genug verstehen, um gezielt neue zu entwickeln, etwa f&uuml;r eine spezifische Stoffdetektion. &Uuml;berraschenderweise gelang es aber nun umgekehrt, neuartige Rezeptoren herzustellen, die dabei helfen, den nat&uuml;rlichen Riecher zu erforschen.
Nachdem sie die Struktur des Rezeptors OR51E2 gel&ouml;st hatten, schlugen Mangliks und Matsunamis Arbeitsgruppen einen neuen Weg ein. Sie stellten neue, vereinfachte Rezeptoren her, indem sie die Gensequenzen nahe verwandter Rezeptoren verglichen und f&uuml;r jede Position die jeweils h&auml;ufigste Version w&auml;hlten. Diese Konstrukte nennen sie Konsensrezeptoren.
Diese sind zwar neu, aber auch sehr alt in dem Sinne, dass sie vermutlich den gemeinsamen Vorfahren der heutigen diversifizierten Rezeptoren nahekommen. Die Idee dahinter: Als Landwirbeltiere im Laufe der Evolution auf einmal Luft zum Schnuppern hatten, erh&ouml;hte sich die Vielfalt der Rezeptoren. Die Rezeptoren der heutigen Klasse I, die f&uuml;r wasserl&ouml;sliche Substanzen zust&auml;ndig ist, blieben erhalten; die heutige Klasse II kam hinzu und expandierte dramatisch. Und diese Ver&auml;nderungen gingen oft zulasten der Stabilit&auml;t. Das zeigt sich beispielsweise daran, dass sich gleichzeitig molekulare Faltungshelfer (Chaperone) entwickelten, um den Rezeptorproteinen mit nicht optimaler Struktur beizustehen.
<h2 type="main">Konsensrezeptoren</h2>
Den Forschenden zufolge k&ouml;nnten die Konsensversionen daher stabiler und leichter zu untersuchen sein als die heutigen Rezeptoren. Tats&auml;chlich erhielten sie kryo-elektronenmikroskopisch Strukturen vier solcher Konsensrezeptoren. Eines dieser Konstrukte leitet sich von OR51E2 und dessen Verwandtschaft ab, sodass die Forschenden dieses direkt mit der bekannten Struktur verglichen: Wie erwartet stimmen die Strukturen &uuml;berein. Andere Konstrukte erlauben erstmals Einblicke in die Strukturen der Klasse-II-Rezeptoren, zu denen 80 Prozent der menschlichen Geruchsrezeptoren geh&ouml;ren.
Eine fl&auml;chendeckende Anwendung dieses Vorgehens k&ouml;nnte den Durchbruch bringen, hoffen die Autor:innen. Denn mit etlichen Konsensstrukturen lie&szlig;e sich Alphafold so gut trainieren, dass es tats&auml;chlich lernt, die derzeitigen Geruchsrezeptoren und deren Erkennungsmechanismen zuverl&auml;ssig zu modellieren.
Auch andere Arbeitsgruppen setzen auf k&uuml;nstliche Intelligenz, wie die Fachzeitschrift Nature Ende des Jahres 2024 berichtete. Sie hoffen, dass KI den &bdquo;Code&rdquo; der Geruchswahrnehmung &ndash; also die Zuordnung von Billionen Ger&uuml;chen zu molekularen und physiologischen Erkennungsmechanismen &ndash; eines Tages knacken kann.9)
<h2 type="main">Der Autor</h2>
Der promovierte Chemiker Michael Gro&szlig; arbeitet als freier Wissenschaftsjournalist in Oxford, England. <a href="https://michaelgross.co.uk" target="_blank" rel="noopener">michaelgross.co.uk</a>
<h2 type="main">AUF EINEN BLICK</h2>
Riechen ist komplex: Nicht f&uuml;r jeden Geruch gibt es genau einen Rezeptor.
Um zu verstehen, wie die molekulare Erkennung eines Geruchsstoffs funktioniert, sind Strukturen von Rezeptoren mit und ohne Substrat n&ouml;tig.
Neben Experimenten hilft nun k&uuml;nstliche Intelligenz, Zusammenh&auml;nge aufzudecken. So sollen langfristig elektronische Nasen m&ouml;glich werden.
<ul class="references" cited="no" xml:id="nadc20254147176-bibl-0001">
<li xml:id="nadc20254147176-bib-0001">1 M. Akdel, D. E. V. Pires, E. Porta Pardo et al., Nature Struct. Mol. Biol. 2022, 29, 1056&ndash;1067</li>
<li xml:id="nadc20254147176-bib-0002">2 C.B. Billesb&oslash;lle, C. A. de March, W. J. C. van der Velden et al., Nature 2023, 615, 742&ndash;749</li>
<li xml:id="nadc20254147176-bib-0003">3 J. del M&aacute;rmol, M. A. Yedlin, V. Ruta, Nature 2021, 597, 126&ndash;131</li>
<li xml:id="nadc20254147176-bib-0004">4 L. Guo, J. Cheng, S. Lian et al., Nature 2023, 618, 193&ndash;200</li>
<li xml:id="nadc20254147176-bib-0005">5 P. Shang, N. Ring, J.-J. Jiang et al., Cell 2023, 186, 5347&ndash;5362.e24</li>
<li xml:id="nadc20254147176-bib-0006">6 G.Zilberg, A. K. Parpounas, A. L. Warren et al., Nat. Commun. 2024, 15, 108</li>
<li xml:id="nadc20254147176-bib-0007">7 A. Gusach, Y. Lee, A. N. Khoshgrudi et al., Nat. Commun. 2024, 15, 7555</li>
<li xml:id="nadc20254147176-bib-0008">8 C. A. de March, N. Ma, C.B. Billesb&oslash;lle et al., Nature 2024, doi: <accessionid ref="info:doi/10.1038/s41586&ndash;024&ndash;08126&ndash;0">10.1038/s41586&ndash;024&ndash;08126&ndash;0</accessionid></li>
<li xml:id="nadc20254147176-bib-0009">9 K. Smith, Nature 2024, 633, 26&ndash;29</li>
</ul>

Artikel

Der molekulare Riecher

Meldung

Notizen aus der Forschung

&Uuml;ber das gesamte Jahr verteilt publiziert die Redaktion der Nachrichten aus der Chemie Trendberichte &uuml;ber alle chemischen Disziplinen hinweg.

Trendberichte

Trendbericht Festkörperchemie und Materialforschung 2025

Blickpunkt Synthese

Some photochemical synthesis methods are hampered by back electron transfer, an unproductive relaxation pathway. To prevent this, scientists have identified strategies to promote productive reaction steps: these include leaving groups, redox auxiliaries, and electrostatic interactions.
For a photochemical reaction to result in a high-yielding product, competing pathways must be minimized to favor the productive pathway. In photochemical synthesis based on electron transfer one of those competing pathways is back electron transfer.
Back electron transfer can hamper the progress of the forward reaction, for example in photochemical methods where a charge transfer complex is formed and excited that consists of an electron donor and an acceptor.1) Figure 1 illustrates how back electron transfer competes with forward reaction progress that leads to the desired product. Upon irradiation of a charge transfer complex, a radical ion pair can form upon single electron transfer (SET). Back electron transfer can then regenerate the electron donor (D) and the electron acceptor (A). To promote forward reaction progress, several strategies have been employed; a suitable leaving group (green, Figure 1) solves this issue: losing a leaving group or a redox auxiliary leads to a radical which can now react further to form the desired product.
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<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/9OW7IPYQV3ihHjan0CwN">
<figcaption><label>Abb.1: </label>A photoinduced single electron transfer (SET) process results in the formation of a radical ion pair. This can either regenerate the donor (D) and the acceptor (A) through back electron transfer (BET) or serves as a starting point for radical reactions, such as through loss of a leaving group.</figcaption>
</figure>
</figure>
<h2 type="main">Leaving groups circumvent back electron transfer</h2>
Previously, charge transfer complex-based chemistries typically relied on a stoichiometric use of the donor and acceptor, which usually led to stoichiometric waste and a poor atom economy. Additionally, back electron transfer, as a competing relaxation pathway, hampered these methods. Using a leaving group to prevent back electron transfer has proven useful in developing synthetically useful charge transfer complex-based chemistries. Further developments have resulted in elegant catalytic strategies: either the donor2) or the acceptor3) was applied in catalytic amounts (Figure 2). The system requires a reductive turnover of the donor or an oxidative turnover of the acceptor so that they can be used in catalytic amounts. The turnover can either be introduced via an external reductant or oxidant or by an inherent reductive or oxidative step during the reaction. Finally, a radical (A&bull;, D&bull;) is generated from the corresponding donor or acceptor, which then reacts with a radical acceptor to generate the product.
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<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/IZANXkg2RlWRk32NC1Ok">
<figcaption><label>Abb.2: </label>Use of a donor (left) and an acceptor (right) as catalysts in charge transfer complex-based chemistries.</figcaption>
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<h2 type="main">Electrostatics as a tool</h2>
Back electron transfer was investigated for a charge transfer mediated formal [2+2] photocycloaddition. In this reaction, there was no leaving group to circumvent back electron transfer &ndash; hence, a slow reaction was observed. Kalow and co-workers studied this formal [2+2] photocycloaddition in cucurbit[8]uril (CB[8]) as a host. They observed that an azastilbene, 4,4&rsquo;-stilbenedicarboxylate and the CB[8] ternary complex reacted selectively in a cross-photocyclization whereas other substrates did not react (Figure 3).4) They found that after photoexcitation of the charge transfer complex the electron transfer process is slower. This is the case because the process takes place in the Marcus inverted region. This is a result of Marcus&lsquo; theory: whereas more exergonic reactions usually have higher reaction rates, electron transfer should, according to Marcus&lsquo; theory, become slower in the negative &Delta;G&deg; domain.
<figure xml:id="nadc20254146010-fig-0003">
<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/OcdI3JUaRQmbdELZWeU5">
<figcaption><label>Abb.3: </label>The formal [2+2] photocycloaddition proceeds via a charge transfer complex stabilized by electrostatics. Thereby, the forward reaction outcompetes back electron transfer. Cucurbit[8]uril (CB[8]) is a macrocycle consisting of eight glycoluril units with oxygen atoms pointing inwards.</figcaption>
</figure>
</figure>
Electrostatic interactions between the substrates stabilize the ground state and thus, the productive cyclization reaction competes with the back electron transfer relaxation pathway.
Although charge transfer complexes from several substrates were investigated, only one complex resulted in productive cyclization reaction, namely the complex stabilized by electrostatics in the ground state. Transient absorption spectroscopy revealed that for this complex, back electron transfer was slower and the radical ion pair had a longer lifetime (successful pair: t = 40 ps; unsuccessful pairs: t = 0.3 &ndash; 10 ps). Because the forward photocyclization reaction is slow it benefits from the use of a CB[8] host that protects the radical ion pair from side reactions.
<h2 type="main">Another way to suppress back electron transfer</h2>
These reactions are related to the use of charge transfer based chemistries without the need for a photocatalyst. However, back electron transfer is important for photocatalysis. In a recent example (Figure 4)5), Leonori and coworkers minimized the back electron transfer. This generated &alpha;-anilinoalkyl radicals that are synthetically applied in various reactions. The forward reaction outcompeted back electron transfer because a tertiary amine additive facilitated single electron transfer and subsequent deprotonation.
<figure xml:id="nadc20254146010-fig-0004">
<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/kuqzeEHUSrajnaZia3Vf">
<figcaption><label>Abb.4: </label>Back electron transfer minimized by facilitating single electron transfer (SET) and deprotonation, allowing for the a-anilinoalkyl radical which can be applied in various synthetic strategies.</figcaption>
</figure>
</figure>
<h2 type="main">The mechanism</h2>
While the photochemical community has recognized that back electron transfer is important, there is limited information on the mechanism of this significant pathway. Shigeto and coworkers investigated the back electron transfer mechanism from the radical ion pair, a benzene-1,2-dicarbonitrile (DBC) radical anion and pyrene dimer radical cation (Figure 5).6) Herein, the solvent acetonitrile (MeCN) acts as a charge mediator. In the proposed mechanism, the DBC radical anion transfers an electron to the solvent (top, Figure 5). Subsequently, the charges of the resulting dimer anion of acetonitrile and the dimer pyrene radical cation recombine to form pyrene and acetonitrile (bottom, Figure 5). More information regarding the mechanism of back electron transfer and how it can be avoided will surely provide valuable tools in the development of photochemical synthesis strategies based on electron transfer.
<figure xml:id="nadc20254146010-fig-0005">
<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/JVv6xTURnSfT9fMtTz3O">
<figcaption><label>Abb.5: </label>Proposed mechanism: back electron transfer from the radical ion pair to the neutral benzene-1,2-dicarbonitrile (DBC) and pyrene molecules.</figcaption>
</figure>
</figure>
<h2 type="main">AUF EINEN BLICK</h2>
Manche photochemischen Synthesen scheitern daran, dass der angeregte Zustand nicht weiter reagiert, sondern relaxiert.
Back electron transfer ist ein solcher unproduktiver Reaktionspfad.
Manchmal gelingt es Forschenden jedoch, diesen zu umgehen: durch Abgangsgruppen und Radikalf&auml;nger, elektrostatische Effekte oder Additive.
Dies ist der letzte Beitrag zur Serie Blickpunkt Synthese von Johannes Walker und Line N&aelig;sborg. Ab jetzt schreiben im Wechsel Alicia Casitas, Universit&auml;t Marburg, und Larissa von Krbek, Universit&auml;t Bonn.
Korrigendum: Beim letzten Beitrag aus der Blickpunkt-Reihe, dem Blickpunkt Anorganik von Birkel et al. [Nachr. Chem. 2024, 72(12), 50], wurde in der Printversion der Coautor Niels Kubitza nicht genannt. Die Redaktion bedauert diesen Fehler.
<h2 type="main">Der Autor</h2>
Line N&aelig;sborg has been a junior group leader and Liebig fellow at the University of M&uuml;nster since 2020. Her research revolves around the development of photochemical methods using micelle hosts that enable different pathways and outcomes compared to organic solvents.<img alt="image" src="https://media.graphassets.com/UNqWAaH8QZWMihXHsb74">
<ul class="references" cited="no" xml:id="nadc20254146010-bibl-0001">
<li xml:id="nadc20254146010-bib-0001">1 G. E. M. Crisenza, D. Mazzarella, P. Melchiorre, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 5461</li>
<li xml:id="nadc20254146010-bib-0002">2 I. Bosque, T. Bach, ACS Catal. 2019, 9, 9103</li>
<li xml:id="nadc20254146010-bib-0003">3 W. Zhou, S. Wu, P. Melchiorre, J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 8914</li>
<li xml:id="nadc20254146010-bib-0004">4 C. T. Eckdahl, C. Ou, S. Padgaonkar, M. C. Hersam, E. A. Weiss, J. A. Kalow., Org. Biomol. Chem. 2022, 20, 6201</li>
<li xml:id="nadc20254146010-bib-0005">5 H. Zhao, D. Leonori, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 7669</li>
<li xml:id="nadc20254146010-bib-0006">6 S. Narra, Y. Nishimura, H. A. Witek, S. Shigeto, ChemPhysChem 2014, 15, 2945</li>
</ul>

Back electron transfer

Blickpunkt Anorganik

Metalle sind typischerweise weniger temperatur- und oxidationsbest&auml;ndig als Keramiken. Aber sie leiten Strom und W&auml;rme besser. Eine Substanzklasse vereint die Charakteristika beider Materialklassen: Carbid- und Nitrid-Schichtverbindungen aus der Familie der MAX-Phasen.
Keramiken sind oft anorganische Oxide. Es gibt aber auch sauerstofffreie Varianten. Die bekanntesten sind Siliciumcarbid und Bornitrid &ndash; nichtmetallisch und mit klassischen Keramikeigenschaften: Sie widerstehen hoher Temperatur und Korrosion.
Die Vielfalt der anorganischen Verbindungen hat die Trennung zwischen Metall und Keramik aufgeweicht, denn eine stetig wachsende Substanzklasse hat sowohl Charakteristika von Keramiken als auch von Metallen.
<h2 type="main">Diese Elemente bilden MAX-Phasen</h2>
Bei den MAX-Phasen handelt es sich um Schichtverbindungen, die keinen Sauerstoff enthalten, sondern auf Kohlenstoff, Stickstoff oder sogar beidem basieren &ndash; daf&uuml;r steht das &bdquo;X&ldquo; in MAX (Abbildung 1). Au&szlig;erdem enthalten sie &Uuml;bergangsmetalle oder Seltene Erden (&bdquo;M&ldquo;)&ndash; auch eine Kombination ist m&ouml;glich. Die &bdquo;A&ldquo;-Elemente geh&ouml;ren zu den Hauptgruppen 13, 14 und 15, in den 2010er Jahren sind sp&auml;te &Uuml;bergangsmetalle dazugekommen. Viele Artikel nennen auch Bor als X-Elementvariante, diese MAB-Phasen kristallisieren aber in anderen (Schicht-)Strukturen und sind hier daher ausgeklammert.
<figure xml:id="nadc20244142068-fig-0001">
<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/ejPgy9cQRk6xvv7ppG1X">
<figcaption><label>Abb.1: </label>Die hervorgehobenen Elemente im Periodensystem bilden MAX-Phasen, die mit rotem Rand bilden MXene. MAX-Phasen sind tern&auml;re Schichtverbindungen, sie sind leitend und temperaturstabil. MXene sind graphen&auml;hnliche Schichten mit variabler Funktionalisierung. Vereinfachte Darstellung, die etwa geordnete MAX-Phasen und deren Elemente nicht zeigt.</figcaption>
</figure>
</figure>
Ende der 1960er Jahre waren etwa 70 MAX-Phasen bekannt. Die Zahl steigt, unter anderem, weil neue Elemente in die Struktur eingebaut oder miteinander kombiniert werden. Ein Review-Artikel von Dezember 2023 erfasste mehr als 300 MAX-Phasen, darunter auch feste L&ouml;sungen und geordnete quatern&auml;re Varianten.
Die Basis sind also tern&auml;re Carbide, Nitride und Carbonitride, die chemisch variabel sind &ndash; man stelle sich das Mix-and-match-Prinzip angewendet vor. Einmal gut sch&uuml;tteln, heizen und heraus kommt f&uuml;r die meisten Kombinationen in Abbildung 1 eine MAX-Phase.1&ndash;3)
<h2 type="main">Strukturen von MAX-Phasen</h2>
Die Kristallstruktur der MAX-Phasen mit der allgemeinen Summenformel M2AX ist wie folgt: Eine hexagonale Struktur (Raumgruppe P63/mmc) besteht aus Schichten kantenverkn&uuml;pfter M6X-Oktaeder, die sich mit Schichten aus A-Elementen abwechseln (Abbildung 2). M6X-Oktaeder sind von bin&auml;ren &Uuml;bergangsmetallcarbiden bekannt, zum Beispiel kristallisiert Titancarbid in dieser Struktur &ndash; quasi eine NaCl-Struktur aus Titan und Kohlenstoff. Diese Gegebenheit ist mit ein Grund f&uuml;r die besonderen Eigenschaften der MAX-Phasen. Die Stapelfolge zwischen M6X-Oktaederschichten und A-Schichten ist auch variabel, sodass sich verschiedene Zusammensetzungen erreichen lassen: Die mit Abstand am weitesten verbreiteten MAX-Phasen sind M2AX, die sich der St&ouml;chiometrie folgend als &bdquo;211&ldquo; schreiben lassen. H&auml;ufige Varianten sind au&szlig;erdem M3AX2 (312) und M4AX3 (413). Ihre Strukturen unterscheiden sich am st&auml;rksten durch den steigenden c-Gitterparameter (Abbildung 2).
<figure xml:id="nadc20244142068-fig-0002">
<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/hD0ArPhJTOW7FCRHQIEr">
<figcaption><label>Abb.2: </label>Kristallstrukturen der MAX-Phasen, dargestellt mit vertikaler c-Achse. Der c-Gitterparameter steigt mit zunehmendem n in Mn+1Axn. M-Atome sind orangefarben, A-Atome dunkelrot und X-Atome grau. Die grauen Polyeder stellen M6X-Oktaeder dar.</figcaption>
</figure>
</figure>
<h2 type="main">Woher Ti2AlC seine Eigenschaften hat</h2>
Die besonderen Eigenschaften von MAX-Phasen liegen an ihrer Kristallstruktur und der Elektronenstruktur: Der Bindungscharakter einer MAX-Phase, beispielsweiseTi2AlC, ist eine Mischung aus kovalent (Ti-C-Bindungen), ionisch (Ti-Al-Interaktionen) und metallisch (sich &uuml;berlappende Ti-d-Orbitale). M6X-Oktaeder sind die kovalenten Teile, wie sie im bin&auml;ren Carbid TiC vorkommen. Diese Oktaeder rufen den Keramik-Charakter hervor. Deshalb sind MAX-Phasen h&auml;ufig steif, hitze- und korrosionsresistent. Die d-Orbitale der &Uuml;bergangsmetalle (M-Elemente) dominieren die Zustandsdichte der MAX-Phasen, also die Anzahl der Zust&auml;nde pro Energieintervall. Sie sind f&uuml;r das metallische Verhalten verantwortlich. Daher sind MAX-Phasen elektrisch und thermisch leitend, was f&uuml;r Keramiken ungew&ouml;hnlich ist.4) Sie sind besonders f&uuml;r Anwendungen als Strukturwerkstoffe interessant und lie&szlig;en sich beispielsweise als Schutzschicht f&uuml;r Bauteile wie Heizelemente oder D&uuml;sen f&uuml;r Gasbrenner nutzen, die ohne sie keine hohen Temperaturen aushalten w&uuml;rden.
<h2 type="main">Funktionen</h2>
Seit einigen Jahren werden bei MAX-Phasen verschiedene magnetische Eigenschaften beschrieben, allerdings weitgehend f&uuml;r d&uuml;nne Schichten, nicht f&uuml;r gr&ouml;&szlig;ere Partikel und Pulver.5) Die MAX-Phase Mn2GaC etwa ist ferromagnetisch nahe Raumtemperatur.6) Sie hat magnetische &Uuml;berg&auml;nge, die mit Phasen&uuml;berg&auml;ngen &uuml;berlappen. Das ist Voraussetzung f&uuml;r magnetokalorische Materialien,7) also solche, die sich in einem externen Magnetfeld erw&auml;rmen und ohne Feld wieder abk&uuml;hlen. Diese Effekte sind allerdings weiter zu untersuchen, vor allem in gr&ouml;&szlig;eren Partikeln statt d&uuml;nnen Schichten. Wo liegt da die Herausforderung? Die Entstehung d&uuml;nner Schichten ist oft kinetisch kontrolliert, etwa bei der Molekularstrahlepitaxie/Gasphasenabscheidung. Bei klassischen Festk&ouml;rperreaktionen bildet sich jedoch das thermodynamische Produkt, da Temperaturen von etwa 1000 &deg;C n&ouml;tig sind, um die festen Reaktionspartner zur Reaktion zu bringen. Dabei entsteht aus den Elementen nicht die MAX-Phase Mn2GaC, sondern die thermodynamisch stabile Antiperovskit-Phase Mn3GaC.
Andere Elemente und Kombinationen ergeben MAX-Phasen mit vielf&auml;ltigen Eigenschaften. Der Gro&szlig;teil der MAX-Phasen sind jedoch Carbide, etwa 87 %. Ungef&auml;hr 6 % sind Nitride und nur 2 % Carbonitride. Die restlichen 5 % entfallen auf Verbindungen mit untypischen X-Elementen wie Bor und Phosphor. In den letzten Jahren wurden mehrere Carbonitrid-MAX-Phasen erstmals synthetisiert und untersucht. Das erweiterte die bisher einzigen Carbonitride Ti2AlC1&ndash;xNx und Ti3Al(C1&ndash;xNx)2 um V2GaC1&ndash;xNx,8) V2GeC1&ndash;xNx9) und Cr2GaC1&ndash;xNx10). Kohlenstoff und Stickstoff zu mischen, beeinflusst die Eigenschaften: Die magnetische Suszeptibilit&auml;t von Cr2GaC1&ndash;xNx steigt mit dem Stickstoffgehalt. Gleiches gilt f&uuml;r V2GeC1&ndash;xNx, wobei zudem die elektrische Leitf&auml;higkeit steigt.
<h2 type="main">MXene: graphen&auml;hnliche Nanoschichten</h2>
MAX-Phasen dienen auch als Ausgangsstoffe f&uuml;r eine weitere Materialklasse: Im Jahr 2012 ver&ouml;ffentlichten Forschende an der Drexel University (USA) erstmals die Synthese von MXenen der allgemeinen Zusammensetzung Mn+1XnTx, wobei T f&uuml;r die Oberfl&auml;chengruppen steht.11,12)
Seitdem gelten diese zweidimensionalen Materialien als &bdquo;hot topic&ldquo;. Das liegt vor allem an ihren Eigenschaften: MXene sind Graphen-&auml;hnliche Nanoschichten mit gro&szlig;er Oberfl&auml;che, aber anders als Graphen, das nur aus Kohlenstoff besteht, sind Zusammensetzung und funktionelle Oberfl&auml;chengruppen von MXenen variabel &ndash; Tx ist meist eine Mischung aus F-, Cl-, OH- und O-Gruppen. Au&szlig;erdem lassen sie sich leichter als leitende Filme oder stabile kolloidale L&ouml;sungen erhalten. Aus diesen Gr&uuml;nden sind sie vielversprechend f&uuml;r Anwendungen zur Energieumwandlung, -speicherung (Katalysatoren, Superkondensatoren) und in der Biomedizin (Biosensoren, antibakterielle Beschichtung) sowie unter anderem als Membranen und zur Abschirmung elektrotechnischer Ger&auml;te.
MXene lassen sich aus MAX-Phasen top-down herstellen: Um das A-Element Al oder Ga zu entfernen, wird die MAX-Phase typischerweise chemisch ge&auml;tzt.13) Dazu dienen aggressive S&auml;uren wie Flusss&auml;ure, die sich auch in situ aus LiF und HCl herstellen l&auml;sst. Dabei entstehen zun&auml;chst van-der-Waals-Schichtpakete aus M6X-Schichten (Abbildung 3). Indem kleinere Molek&uuml;le eingelagert werden, lassen sich die Schichten dann teilweise oder vollst&auml;ndig trennen, genannt Delaminieren. Nach einem solchen Prozess f&auml;llt das MXen als w&auml;ssrige kolloidale L&ouml;sung an, aus der sich durch Filtration ein metallischer Film abscheidet. Oft werden die Nanoschichten in der L&ouml;sung weiterverarbeitet. Auch hier ist die chemische Zusammensetzung wichtig: Molybd&auml;nbasierte MXene haben bei manchen Reaktionen die h&ouml;chste katalytische Aktivit&auml;t, etwa bei solchen zur Wasserspaltung.14)
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<figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/Ajifd50KQKxiVAcvykcI">
<figcaption><label>Abb.3: </label>MAX-Phasen (links), MXen-Schichtpakete (Mitte) und delaminierte Schichten (D-MXene, rechts). Aufgenommen mit Elektronenmikroskopie (links, Mitte) und Rasterkraftmikroskopie (rechts).</figcaption>
</figure>
</figure>
MXene lassen sich nicht nur durch &Auml;tzen mit Flusss&auml;ure synthetisieren, sondern beispielsweiseauch durch Behandlung mit Lewis-S&auml;uren wie CuCl2 und ZnCl2. Dabei ersetzt vermutlich das Metallion zun&auml;chst das A-Element in der MAX-Phase, wobei sich das Chlorid des A-Elements bildet und elementares Metall der Lewis-S&auml;ure. Beides wird nach der MXen-Bildung durch Waschen mit w&auml;ssriger S&auml;ure entfernt.
Derzeit tut sich einiges auf dem Gebiet. Vor Kurzem ver&ouml;ffentlichten Forschende einen Artikel, der das Gebiet wohl lange besch&auml;ftigen wird: In den vermeintlich sauerstofffreien MAX-Phasen und MXenen befindet sich nicht nur oberfl&auml;chlich Sauerstoff, sondern auch in den Schichtstrukturen selbst (Kasten).
<h2 type="main">AUF EINEN BLICK</h2>
MAX-Phasen sind eine Klasse tern&auml;rer &uuml;bergangsmetallbasierter Carbide und (Carbo-)Nitride.
Sie leiten gut und sind temperaturbest&auml;ndig. Grund daf&uuml;r ist ihre Kristallstruktur.
Au&szlig;erdem sind sie Ausgangsverbindungen f&uuml;r zweidimensionale Verbindungen, die MXene. Diese &auml;hneln Graphen, ihre Zusammensetzung und Oberfl&auml;chenchemie ist aber vielseitiger.
Die Beitr&auml;ge zur Serie Blickpunkt Anorganik verfassen seit Juni 2024 im Wechsel Christina Birkel und Simon Krause.
<h2 type="main">K&uuml;rzlich entdeckt: Sauerstoff in MAX-Phasen</h2>
MAX-Phasen und MXene sind Verbindungsklassen mit fast endlosen chemischen Zusammensetzungen, und es werden immer mehr. Eine neue Studie dieses Jahres erweitert den chemischen Spielraum: Forschende in Warschau analysierten die Zusammensetzung der MAX-Phasen und MXene Schicht f&uuml;r Schicht mit Sekund&auml;rionen-Massenspektrometrie.15) Dabei fanden sie Sauerstoff nicht nur oberfl&auml;chlich, sondern auch in den Schichtstrukturen. Der Sauerstoff bleibt zudem w&auml;hrend des &Auml;tzens zwischen den Schichten, die Ergebnisse gelten also sowohl f&uuml;r MAX-Phasen als auch f&uuml;r MXene. Wie viel Sauerstoff enthalten die Verbindungen &ndash; handelt es sich bei den Verbindungen in diesem Text um Oxycarbide, Oxynitride und Oxycarbonitride? L&auml;sst sich der Sauerstoffgehalt kontrollieren?
Es ist nicht einfach, diese Fragen zu beantworten, denn viele andere Charakterisierungstechniken eignen sich nicht f&uuml;r die Aufkl&auml;rung von leichten Elementen wie C, N und O. Um diese Materialien zu ergr&uuml;nden, sollten Experimentalchemiker:innen, Theoretiker:innen und Expert:innen auf dem Gebiet neuer Charakterisierungsmethoden weiterhin zusammenarbeiten.
<h2 type="main">Die Autorin</h2>
Christina Birkel (oben) ist Professorin an der Arizona State University, USA, und Kooperationsprofessorin an der TU Darmstadt, wo sie das Gebiet der anorganischen Festk&ouml;rper- und Materialchemie vertritt. Niels Kubitza hat im Jahr 2023 bei Birkel in Darmstadt promoviert und arbeitet seit Anfang es Jahres als Postdoktorand in einem Sonderforschungsbereich zu magnetischen Materialien, an dem Birkel beteiligt ist.<img alt="image" src="https://media.graphassets.com/eGwgAAgYRO2UakPhfStd"><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/NuRVv2yZS9W5JfwNVbFz">
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<li xml:id="nadc20244142068-bib-0001">1 M. W. Barsoum, MAX Phases: Properties of Machinable Carbides and Nitrides; Wiley-VCH, Weinheim, 2013</li>
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<li xml:id="nadc20244142068-bib-0003">3 C. M. Hamm, C. S. Birkel; MAX Phases and MXenes. In Comprehensive Inorganic Chemistry III [Hrsg.: J. Reedijk, K. Poeppelmeier], Elsevier, 2023, 27</li>
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<li xml:id="nadc20244142068-bib-0006">6 A. S. Ingason, A. Petruhins, M. Dahlqvist et al., Mater. Res. Lett. 2013, 2, 2, 89&ndash;93</li>
<li xml:id="nadc20244142068-bib-0007">7 M. Dahlqvist, A. S. Ingason, B. Alling et al., Phys. Rev. B 2016, 93, 1, 014410</li>
<li xml:id="nadc20244142068-bib-0008">8 N. Kubitza, A. Reitz, A.-M. Zieschang et al., Inorg. Chem. 2022, 61, 28, 10634</li>
<li xml:id="nadc20244142068-bib-0009">9 N. Kubitza, B. Beckmann, S. Jankovic et al., Chem. Mater. 2024, 36, 3, 1375</li>
<li xml:id="nadc20244142068-bib-0010">10 N.Kubitza, I. Huck, H. Pazniak et al., J. Mater. Chem. C 2024, 12, 7552</li>
<li xml:id="nadc20244142068-bib-0011">11 M. Naguib, O. Mashtalir, J. Carle et al., ACS Nano 2012, 6, 2, 1322</li>
<li xml:id="nadc20244142068-bib-0012">12 B. Anasori, Y. Gogotsi; 2D Metal Carbides and Nitrides (MXenes): Structure, Properties and Applications; Springer International Publishing, Cham, 2019</li>
<li xml:id="nadc20244142068-bib-0013">13 M. Alhabeb, K. Maleski, B. Anasori et al., Chem. Mater. 2017, 29, 18, 7633</li>
<li xml:id="nadc20244142068-bib-0014">14 Z. W. Seh, K. D. Fredrickson, B. Anasori et al., ACS Energy Lett. 2016, 1, 3, 589</li>
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</ul>

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