Prof. Dr. Xinliang Feng

Forschungsschwerpunkte: Graphen-Nanostrukturen, 2D-Polymere, 2D-konjugierte Polymere,2D-konjugierte metallorganische Gerüste, 2D-Materialien, Energiegeräte
Xinliang Feng ist ein chinesischer Chemiker und Materialwissenschaftler, der sich auf die Forschung zu Graphen- und 2D-Materialien spezialisiert hat. Mit seinem Team entwickelt er atomar präzise Graphen-Nanobänder (GNRs) und kristalline organische 2D-Materialien, die zu einer nachhaltigen Elektronik und zur Anwendung der Quantentechnologie beitragen.
Ein Schwerpunkt von Xinliang Fengs Arbeit liegt auf Graphen, einer Kohlenstoffstruktur, die aus einer einzelnen Atomlage besteht und außergewöhnliche elektronische sowie mechanische Eigenschaften aufweist. Da reinem Graphen jedoch eine Bandlücke fehlt, ist es als Halbleitermaterial nur eingeschränkt nutzbar. In der Halbleitertechnik beschreibt die Bandlücke den Energieunterschied zwischen dem höchsten Valenzband und dem niedrigsten Leitungsband eines Materials, wobei das Valenzband mit Elektronen gefüllt ist, die nicht zur Leitfähigkeit beitragen, während das Leitungsband von freien Elektronen besetzt wird, die sich durch das Material bewegen und so den Stromfluss ermöglichen.
Xinliang Feng adressiert das Problem der fehlenden Bandlücke durch die Synthese von Graphen-Nanobändern (GNRs), die schmale Graphenstreifen mit atomar präzisen Kanten darstellen. Indem er Breite, Kantengeometrie und atomare Struktur kontrolliert, kann er GNRs mit individuell angepassten Bandlücken herstellen, die sich für den Einsatz in Transistoren und der Nanoelektronik eignen. Diese Synthesemethoden bieten eine außergewöhnliche Präzision. Durch die atomare Kontrolle der elektronischen Eigenschaften optimiert Xinliang Feng die Ladungsträgermobilität. Zudem weisen GNRs aufgrund ihrer spezifischen Struktur besondere magnetische Eigenschaften auf, wie beispielsweise Spin-Kanten-Zustände, die in der Spintronik Anwendung finden. Diese Technologie nutzt den Elektronenspin zur Informationsübertragung und ermöglicht Fortschritte bei Speichertechnologien und Quantenbits (Qubits) für die Quantencomputertechnik.
Neben GNRs entwickelt Xinliang Feng neue Synthesemethoden für organische 2D-Kristalle, darunter 2D-Polymere, leitende Polymere, 2D-konjugierte Polymere oder konjugierte kovalente organische Gerüste (COFs) sowie 2D-konjugierte metallorganische Gerüste (MOFs). Eine besondere Errungenschaft ist die Synthese an der Wasseroberfläche, die es erlaubt, diese Materialien in präzisen, ein- bis mehrschichtigen Strukturen herzustellen, wodurch die Kristallinität und Homogenität verbessert werden. Dies bietet Vorteile für den Einsatz von organischen 2D-Kristallen in elektronischen und optoelektronischen Geräten.
Xinliang Fengs Forschung umfasst zudem neuartige kristalline organische 2D-Materialien für nachhaltige Elektronik, Membrane sowie für Technologien der Energiespeicherung und
-umwandlung. Durch innovative Polymerisationstechniken werden Materialien mit hoher molekularer Kontrolle erzeugt, die besondere elektrochemische Eigenschaften aufweisen. Diese kristallinen organischen 2D-Materialien lassen sich für Batterien, Superkondensatoren und Brennstoffzellen einsetzen, da ihre große Oberfläche und effizienten Ionentransportwege für höhere Energiedichten und schnellere Ladezeiten sorgen.
Der Materialwissenschaftler lotet auch die Entwicklung druckbarer Energiespeicher aus. Durch elektrochemische Delaminierung erzeugt Xinliang Fengs Team 2D-Materialtinten aus Kristallen, die flexible, leichte Batterien sowie Superkondensatoren ermöglichen, was eine nachhaltige Energiespeicherung fördert. Sein Team entwickelt auch neue Arten von Batteriegeräten, wie beispielsweise nachhaltige wässrige Zn-Ionen- und Al-Ionen-Batterien unter Einbeziehung neuer Materialkonzepte.
Mit seiner Forschung hat Xinliang Feng deutliche Fortschritte in den Materialwissenschaften erzielt, die Transformationsprozesse in der Industrie unterstützen. Diese Erfolge sind auch gesellschaftlich relevant, da sie Nachhaltigkeitsziele und wirtschaftliche Entwicklung verbinden.