Funktionalisierung bezeichnet die gezielte Einführung chemischer oder physikalischer Funktionsgruppen in ein Material oder an dessen Oberfläche, um definierte Eigenschaften oder spezifische Wechselwirkungen einzustellen. Dies kann Bulk‑Eigenschaften (z.B. Leitfähigkeit, Vernetzbarkeit) oder vor allem Grenzflächeneigenschaften (z.B. Benetzbarkeit, Adhäsion, Bioaktivität) betreffen.

Im engeren chemischen Sinn beschreibt Funktionalisierung die Modifikation vorhandener oder die Einführung neuer funktioneller Gruppen (z.B. Hydroxyl-, Amino-, Carboxyl-, Phosphatgruppen). Typische Strategien umfassen kovalente Anbindung (z.B. Silanisierung, „click“-Chemie), physikalische Adsorption, Plasmabehandlung oder Bestrahlungsvernetzung. Die Reaktionsführung muss hierbei die Erhaltung der Grundstruktur (z.B. eines Polymers, Nanopartikels oder Keratin‑Gerüsts) bei gleichzeitig hoher Substitutionskontrolle gewährleisten.

Spezielle Ausprägungen sind die Oberflächenfunktionalisierung zur Steuerung von Grenzflächenenergie und Haftung, die Polymerfunktionalisierung zur Einführung reaktiver Seitenketten, die Biofunktionalisierung mit Peptiden, Proteinen oder anderen Biomolekülen für gezielte Zell‑ oder Proteininteraktionen sowie die Nanopartikel‑Funktionalisierung zur Stabilisierung in Dispersionen und für selektive Bindung. Phosphorylierung stellt eine wichtige Form der Funktionalisierung mit stark polaren, koordinationsfähigen Gruppen dar.

Wesentliche Herausforderungen liegen in der räumlich kontrollierten, reproduzierbaren und quantitativ erfassbaren Modifikation, der Langzeitstabilität der eingeführten Funktionen und der Skalierbarkeit der Prozesse. Funktionalisierung ist damit ein zentrales Werkzeug, um struktur‑eigenschafts‑Beziehungen gezielt zu nutzen und Materialien für Anwendungen von Katalyse über Medizintechnik bis zur Energietechnik zu maßschneidern.