SPP 1708: Materialsynthese nahe Raumtemperatur
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zentrale Forschungsziele des Schwerpunkprogramms waren die Etablierung IL-basierter ressourceneffizienter Synthesen für bekannte Funktionsmaterialien (IL = ionic liquids; ionische Flüssigkeiten), die Entdeckung neuartiger, auch unorthodoxer Funktionsmaterialien, die nur durch die Synthesen nahe Raumtemperatur in ILs zugänglich sind, sowie ein Verständnis der Prinzipien von Auflösung, Reaktion und Abscheidung anorganischer Feststoffe in ILs. Die Auswahl der Projekte, die die Fachgutachter in den beiden Antragskolloquien trafen, führte sehr leistungsfähige Gruppen aus ganz Deutschland zusammen und ergab ein ausreichend breites, aber doch hinreichend fokussiertes Spektrum an Forschungsansätzen unter der generellen Fragestellung. Die Mehrzahl der von den einzelnen Projekten anvisierten Ziele wurden im Laufe der beiden Förderperioden erreicht, teilweise konnten aufgrund des guten Fortschritts sogar weitergehende Fragestellungen verfolgt werden. Vergleicht man den bis Ende 2020 erarbeiteten Wissensstand zur Synthese anorganischer Materialien bei niedrigen Temperaturen mit der durch ein hohes Maß an Unkenntnis geprägten Situation zur Zeit der Beantragung des SPP im Jahr 2012, so lässt sich unzweifelhaft feststellen, dass erhebliche Fortschritte erzielt wurden. Dies betrifft sowohl die zahlreichen auf explorativem Wege erhaltenen neuen Verbindungen, welche die Möglichkeiten dieses Syntheseansatzes illustrieren und darüber hinaus ihren eigenen Wert besitzen, als auch insbesondere das Verständnis für die Interaktion verschiedener Typen von ILs mit anorganischen Feststoffen bei der Auflösung und der Kristallisation. Hierbei überraschten vor allem die hervorragenden Lösungseigenschaften der ILs. Zu den bedeutsamen Entdeckungen zählt, dass „unlösliche“ Elemente mit kovalent vernetzten Strukturen wie roter Phosphor, Selen oder Tellur, aber auch Substanzen mit hohen Gitterenergien wie Metalloxide und -sulfide oder gar Edelmetalle wie Gold oder Platin unter moderaten Bedingungen (zwischen Raumtemperatur und 200 °C) in ILs gelöst und damit einer Folgechemie zugänglich gemacht werden können. Hierzu wurden die kritischen Syntheseparameter evaluiert und Spezies, die in den IL-Lösungen auftreten, mit experimentellen wie theoretischen Methoden identifiziert. Es ist hervorzuheben, dass in dieser Chemie weder exotische Ausgangsmaterialien noch problematische Substanzen wie konzentrierte Säuren oder starke Oxidationsmittel zum Einsatz kommen, die Aktivierungsenergien viel niedriger sind als bei Reaktionen in Hochtemperaturschmelzen und die IL im Regelfall wiederverwendet werden kann. Bis auf wenige, wissenschaftlich begründete Ausnahmen wurden vergleichsweise preiswerte, kommerziell erhältliche ILs eingesetzt, um einen möglichen Transfer in die Anwendung nicht zu behindern. Die gesammelten Erkenntnisse können nun als Ausgangspunkt für die Entwicklung ressourcen-effizienter, abfall- und emissionsarmer Prozesse dienen, welche zumindest einige der tradierten, hoch umweltschädlichen industriellen Verfahren ablösen können, z. B. in der Aluminiumproduktion. Eine Auswahl aktueller Ergebnisse des SPP 1708 findet sich in einem Sonderband der Open-Access-Fachzeitschrift ChemistryOpen (Februar-Heft 2021). Weitere Ziele des Programms waren es, Wissenschaftler/innen zur ortsübergreifenden und ggf. interdisziplinären Zusammenarbeit zusammenzubringen, den beteiligten wissenschaftlichen Nachwuchs zu fördern sowie Gleichstellungsmaßnahmen zu realisieren. Auch diese Ziele wurde weitestgehend erreicht. So wurde die Zusammenarbeit und Kommunikation innerhalb des SPP 1708 von den Mitgliedern durchweg sehr positiv bewertet. Für das Erreichen des zweiten Ziels wurden zahlreiche Methodenseminare sowie Personalentwicklungsmaßnahmen für die in einer Qualifikationsphase befindlichen Mitarbeiter/innen des SPP angeboten. Diese wurden sehr gut angenommen und ebenfalls positiv bewertet. Speziell für Doktorandinnen und Postdoktorandinnen wurden zahlreichen Veranstaltungen zur Karriereförderung, wie Soft-Skills- und Managementkurse, organisiert. Im Sinne von Vereinbarkeit von Familie und wissenschaftlicher Karriere wurde Kinderbetreuung während der gemeinsamen Veranstaltungen, aber auch darüber hinaus angeboten. Durch das SPP 1708 wurden mehrere Anstöße für weitergehende Förderaktivitäten und Anträge für Programme anderer Forschungsverbünde gegeben; so beispielsweise der ERC Consolidator Grant „MAcroscopic quantum Transport maTERials by nanoparticle processing (MATTER)“ (2020 – 2025) von Frau Prof. Schierning.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Method for preparation of electrolytic fluoro- and cyano-containing ionic liquids of the 15th group with a lewis acid. 2015, WO 2015067404A1
K. Sievert, A. Schulz, J. Harloff, S. Ellinger, C. Täschler, C. z. Täschler, Lonza LTD
- Method for Preparation of Cyano Compounds of Boron with a Bronsted Acid. 2016, WO 2016162400A1
S. Ellinger, C. Täschler, C. z. Täschler, K. Sievert, A. Schulz, J. Harloff, Lonza LTD
- Chlorocyanoborates: Synthesis, Spectroscopic and Structural Characterization, and Properties of Ionic Liquids. Z. Anorg. Allg. Chem. 2018, 644, 1285
L. A. Bischoff, J. A. P. Sprenger, P. T. Hennig, N. V. Ignat'ev, M. Finze
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/zaac.201800268) - Ionothermal synthesis of crystalline microporous aluminophosphates: Systematic study on the conditions affecting the framework type. Microporous and Mesoporous Mater. 2018, 266, 204–213
M. M. Azim, A. Pensado, B. Kirchner, T. Gutmann, P. B. Groszewicz, G. Buntkowsky, A. Stark
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2018.02.053) - Perfluoroalkyltricyanoborate and Perfluoroalkylcyanofluoroborate Anions: Building Blocks for Low-viscosity Ionic Liquids. Chem. Eur. J. 2018, 24, 608
J. Landmann, J. A. P. Sprenger, P. T. Hennig, R. Bertermann, M. Grüne, F. Würthner, N. V. Ignat'ev, M. Finze
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/chem.201703685) - Synthesis of the zeolitic imidazolate framework ZIF-4 from the ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium imidazolate. J. Chem. Phys. 2018, 148, 193837/1-193837/5
M. Hovestadt, J. Schwegler, P. S. Schulz, M. Hartmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.5016440) - The crystal structure of N-butylpyridinium bis(µ2-dichlorido)- tetrachloridodicopper(II), C18H28N2Cu2Cl6. Z. Kristallogr. NCS 2018, 233, 743–746
A. Abouserie, U. Schilde, A. Taubert
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/ncrs-2018-0099) - The ionic liquid [Bmim][FeCl4] catalyzes the formation of iron doped mesoporous silica aerogels for H2O2 decomposition. Matters, 2018
A. Taubert, R. Löbbicke, K. Behrens, D. Steinbrück, L. Kind, T. Zhao, Ch. Janiak
(Siehe online unter https://doi.org/10.19185/matters.201803000004) - Bimetallic Co/Al nanoparticles in an ionic liquid: synthesis and application in alkyne hydrogenation. New J. Chem. 2019, 43, 16583–16594
L. Schmolke, B. J. Gregori, B. Giesen, A. Schmitz, J. Barthel, L. Staiger, R. A. Fischer, A. Jacobi von Wangelin, C. Janiak
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/C9NJ03622A) - Dynamic CO Adsorption and Desorption through the Ionic Liquid Layer of a Pt Model Solid Catalyst with Ionic Liquid Layers. J. Phys. Chem. C 2019, 123, 31057
C. Schuschke, C. Hohner, C. Stumm, M. Kettner, L. Fromm, A. Goerling, J. Libuda
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b09128) - Low-Melting Manganese(II)-Based Ionic Liquids: Syntheses, Materials 2019, 12, 3764
T. Peppel, M. Geppert-Rybczynska, C. Neise, U. Kragl, M. Köckerling
(Siehe online unter https://doi.org/10.3390/ma12223764) - Strong Microheterogeneity in Novel Deep Eutectic Solvents. ChemPhysChem 2019, 20, 1786–1792
V. Alizadeh, D. Geller, F. Malberg, P. B. Sánchez, A. Padua, B Kirchner
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/cphc.201900307) - [BMIm]2[Mn(CO)3(GeI3)3]: Carbonyl Compound with a MnGe3 Cluster. Inorg. Chem. 2020, 59, 12895–12902
S. Wolf, S. Wei, W. Klopper, S. Dehnen, C. Feldmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c01948) - [BMIm]2[Mn(CO)3(GeI3)3]: Carbonyl Compound with an {MnGe3} Cluster Unit. Inorg. Chem. 2020, 59, 12895−12902
S. Wolf, S. Wei, W. Klopper, S. Dehnen, C. Feldmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c01948) - Cation-anion pairs of niobium clusters of the type [Nb6Cl12(RCN)6][Nb6Cl18] (R = Et, nPr, iPr) with nitrile ligands RCN forming stabilizing inter-ionic contacts. Z. Naturforsch. 2020, 75b, 173-181
E. Sperlich, M. Köckerling
(Siehe online unter https://doi.org/10.1515/znb-2019-0177) - Hexacyanidosilicates with Functionalized Imidazolium Counterions. Eur. J. Inorg. Chem. 2020, 2457-2464
J. Harloff, K. C. Laatz, S. Lerch, A. Schulz, P. Stoer, T. Strassner, A. Villinger
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/ejic.202000281) - Homoleptic Trimethylsilylchalcogenolato Zincates [Zn(ESiMe3)3] and Stannanides [Sn(ESiMe3)3] (E = S, Se): Precursors in Solution- Based Low-Temperature Binary Metal Chalcogenide and Cu2ZnSnS4 (CZTS) Synthesis. Dalton Trans. 2020, 49, 2517–2526
J. Guschlbauer, T. Vollgraff, J. Sundermeyer
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c9dt04144c) - Insights in the topology and the formation of a genuine ppσ bond: Experimental and computed electron densities in mono anionic trichlorine [Cl3]−. Angew. Chem. Int. Ed. 2020
H. Keil, K. Sonnenberg, C. Müller, R. Herbst-Irmer, H. Beckers, D. Stalke, S. Riedel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/anie.202013727) - Ionic Liquid-Based Low-Temperature Synthesis of Phase-Pure Tetradymite-Type Materials and Their Thermoelectric Properties. Inorg. Chem. 2020, 59, 3428–3436
M. Loor, S. Salloum, P. Kawulok, S. Izadi, G. Bendt, J. Guschlbauer, J. Sundermeyer, N. Pérez, K. Nielsch, G. Schierning, S. Schulz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b03060) - Ionic Liquid-Based Low-Temperature Synthesis of Phase-Pure Tetradymite-Type Materials and Their Thermoelectric Properties. Inorg. Chem. 2020, 59, 6, 3428–3436
M. Loor, S. Salloum, P. Kawulok, S. Izadi, G. Bendt, J. Guschlbauer, J. Sundermeyer, N. Pérez, K. Nielsch, G. Schierning, S. Schulz
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b03060) - Odd–even effect for efficient bioreactions of chiral alcohols and boosted stability of the enzyme. RSC Adv. 2020, 10, 28351-28354
M. Bülow, A. Schmitz, T. Mahmoudi, D. Schmidt, F. Junglas, C. Janiak, C. Held
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/D0RA05406B) - One-pot resource-efficient synthesis of SnSb powders for composite anodes in sodium-ion batteries. RSC Adv. 2020, 10, 22250 – 22256
D. Tan, P. Chen, G. Wang, G. B. Chen, T. Pietsch, E. Brunner, T. Doert, M. Ruck
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/d0ra03679j) - Pseudohalide HCN Aggregate Ions: [N3(HCN)3]−, [OCN(HCN)3]−, [SCN(HCN)2]− and [P(CN·HCN)2]−. Dalton Trans. 2020
J. Harloff, A. Schulz, P. Stoer, A. Villinger
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/d0dt02973d) - Reactivity of Ionic Liquids: Studies on Thermal Decomposition Behavior of 1-Butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate. Thermochim. Acta 2020
M. Knorr, M. Icker, A. Efimova, P. Schmidt
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.tca.2020.178786) - Resource-Efficient Low-Temperature Synthesis of Microcrystalline Pb2B5O9X (X = Cl, Br) for Surfaces Studies by Optical Second Harmonic Generation. Small 2020, 16, 2000857
D. Tan, B. Kirbus, M. Rüsing, T. Pietsch, M. Ruck, L. Eng
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/smll.202000857) - Soluble Fluoridobromates as Well-Behaved Strong Fluorination Reagents. Eur. J. Inorg. Chem 2020
J. R. Schmid, P. Pröhm, P. Voßnacker, G. Thiele, M. Ellwanger, S. Steinhauer, S. Riedel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/ejic.202000847) - Stereoselective Chromium-Catalyzed Semi-Hydrogenation of Alkynes. ChemCatChem 2020
B. J. Gregori, M. Nowakowski, A. Schoch, M. Bauer, J. Zweck, S. Pöllath, A. Jacobi von Wangelin
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/cctc.202000994) - Structural Expansion of Chalcogenido Tetrelates in Ionic Liquids by Incorporation of Sulfido Antimonate Units. Chem. Eur. J. 2020, 26
B. Peters, C. Krampe, J. Klärner, S. Dehnen
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/chem.202003887) - Synthesis of plasmonic Fe/Al nanoparticles in ionic liquids. RSC Adv. 2020, 10, 12891-12899
A. Schmitz, H. Meyer, M. Meischein, A. Garzón Manjón, L. Schmolke, B. Giesen, C. Schlüsener, P. Simon, Y. Grin, R. A. Fischer, C. Scheu, A. Ludwig, C. Janiak
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/d0ra01111h) - Ge–Fe Carbonyl Cluster Compounds: Ionic-liquid-based Synthesis, Structures, and Properties. ChemistryOpen 2021
S. Wolf, A. Egeberg, J. Treptow, C. Feldmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/open.202000254) - Model Studies on the Ozone-Mediated Synthesis of Cobalt Oxide Nanoparticles from Dicobalt Octacarbonyl in Ionic Liquids. ChemistryOpen 2021
R. Schuster, T. Wähler, M. Kettner, F. Agel, T. Bauer, P. Wasserscheid, J. Libuda
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/open.202000187) - PC-SAFT modeling of precursor solubility in ionic liquids: New extremely low vapor-pressure data as access to IL-parameter estimation. ChemistryOpen 2021
M. Bülow, M. Greive, D. H. Zaitsau, S. P. Verevkin, Ch. Held
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/open.202000258) - Pseudohalogen Chemistry in Ionic Liquids with Non-innocent Cations and Anions. ChemistryOpen 2021
S. Arlt, K. Bläsing, J. Harloff, K. C. Laatz, D. Michalik, S. Nier, A. Schulz, P. Stoer, A. Stoffers, A. Villinger
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/open.202000252) - Reactivity of ionic liquids: Reductive effect of [C4C1im]BF4 to form particles of red amorphous selenium and Bi2Se3 from oxide precursors. ChemistryOpen 2021
M. Knorr, P. Schmidt
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/open.202000264) - Tetrahydrothiophene-based ionic liquids: Synthesis and thermodynamic characterizations. ChemistryOpen 2021
A. Schmitz, M. Bülow, D. Schmidt, D. H. Zaitsau, F. Junglas, T.-O. Knedel, S. P. Verevkin, Ch. Held, Ch. Janiak
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/open.202000228) - UiO-66 and hcp UiO-66 catalysts synthesized from Ionic liquids as linker precursors. ChemistryOpen 2021
M. Ermer, J. Mehler, M. Fischer, B. Rosenberger, P. S. Schulz, M. Hartmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/open.202000291)
