Die umgrenzungsgesteuerte Chemie verbindet grundlegende wissenschaftliche Herausforderungen in unterschiedlichen Gebieten wie der Energietechnik, Katalyse und Biomedizin. Sie ist von inhärenter Relevanz für die Prozesskontrolle in umweltrelevanten Technologien wie ionenselektive Membranen für die Entsalzung, morphologisch kontrollierte Heteroübergänge in der Photovoltaik, Elektroden für Batterien oder selektive Ionenrezeptoren in der Atommüllentsorgung. In der Katalyse verbessern künstliche Enzyme oder poröse Feststoffe die Reaktionsausbeute und -selektivität auf der Grundlage von Begrenzungseffekten. Dass die Begrenzung auf nanoskalige Dimensionen die Übergangszustände und -wege chemischer Reaktionen verändert, beruht noch auf Vermutungen, da erst seit kurzem modernste Experimente und theoretische Modelle zum Verständnis des Ursprungs von Chemie und Katalyse in diesen Systemen eingesetzt werden. Wir schlagen vor, die Begrenzung in der Zukunft zu nutzten, um diejenigen Eigenschaften zu kontrollieren, die wesentliche chemische Umsetzungen steuern. In der ersten Antragsperiode wurden experimentelle und theoretische Werkzeuge durch Forschende des Graduiertenkollegs an den Universitäten in Bochum, Dortmund und Duisburg-Essen entwickelt. In der zweiten Antragsperiode werden diese neu entwickelten Werkzeuge erweitert und auf zwei prototypische Reaktionsklassen, photoinduzierte und ladungsgetriebene Prozesse, angewendet, um die mikroskopischen Details der geometrischen Umgrenzungseffekte zu verstehen. Basierend auf diesen Forschungsergebnissen werden Methoden zur Steuerung und Förderung spezifischer chemischer Reaktionen in maßgeschneiderten Nanoumgebungen unter Verwendung supramolekularer Chemie, Elektrochemie, synchrotronbasierter Röntgenstreuung und -spektroskopie, linearer und nichtlinearer Schwingungsspektroskopie, Einzelmolekülabbildung und Techniken der theoretischen Chemie (z.B. quantenchemische Berechnungen, Kraftfeld-Molekulardynamik und freie-Energie-Simulationen) entwickelt. Die Zusammenarbeit der sich ergänzenden Gebiete der Theorie, Spektroskopie, supramolekularen Synthese und Oberflächenwissenschaften wird das aktuelle Forschungsfeld der umgrenzungsgesteuerten Chemie wesentlich vorantreiben. DoktorandInnen des Graduiertenkollegs werden vom intellektuellen Austausch untereinander und mit den fortgeschritteneren Forschenden des Kollegs sowie von der einzigartigen Ausstattung des Kollegs und seiner Kooperationspartner enorm profitieren. Ein zugeschnittenes Ausbildungsprogramm erlaubt den DoktorandInnen des Graduiertenkollegs, Forschungsergebnisse aller beteiligten Gruppen innerhalb des Kollegs zu verstehen und zu diskutieren, wodurch ihr Wissen über das Thema und die beteiligten Methoden weit über das hinausgehen wird, was am Ende einer erfolgreichen Dissertation üblich ist. Darüber hinaus qualifizieren die im Rahmen des Programms geförderten Zusatzqualifikationen die Absolventen für attraktive Positionen in Industrie und Wissenschaft.
