Grenzflächen Ionischer Flüssigkeitssysteme

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Peter Steinrück
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238017235

Ionische Flüssigkeiten (engl. Ionic liquids, ILs) sind geschmolzene Salze mit Schmelzpunkten unterhalb von 100°C. Ihre strukturelle Vielfalt eröffnet nahezu unbegrenzte Möglichkeiten für die Kombination von Kationen und Anionen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Dies erlaubt die gezielte Variation der physikalisch-chemischen Eigenschaften über einen weiten Bereich und die Anpassung an spezifische Anforderungen. Nachdem anfänglich nur die Volumeneigenschaften der ILs im Vordergrund standen, wurde mittlerweile auch die Bedeutung der Grenzfläche mit ihrer Umgebung für eine Vielzahl von Anwendungen erkannt, insbesondere auch für neue Konzepte in der Katalyse. Wegen ihres niedrigen Dampfdruckes können ILs mit Ultrahochvakuum-basierten Methoden untersucht werden; als Folge beginnt sich der Bereich der Ionic Liquid Surface Science als eigene Subdisziplin zu etablieren. Die Gruppe des Antragstellers hat hierzu signifikant beigetragen, insbesondere auf dem Gebiet der winkelaufgelösten Photoelektronenspektroskopie. Die bisherigen Untersuchungen betreffen im Wesentlichen spezifische Eigenschaften für ausgewählte Systeme, ein allgemeines Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen und Triebkräfte fehlt aber meist. Dieser Mangel an grundlegendem Wissen über die Eigenschaften von IL/Gas (bzw. IL/Vakuum) Grenzflächen, IL/Festkörper-Grenzflächen und von Prozessen in IL Multiphasensystemen ist der Ausgangspunkt für das vorliegende Projekt. Vier Themenbereiche sollen untersucht werden: 1) Temperaturabhängigkeit von Oberflächenzusammensetzung, Oberflächenorientierung und Anreicherungseffekten: adressiert die molekulare Orientierung an der IL Oberfläche, die Oberflächenzusammensetzung binärer IL Mischungen, und den Einfluss von Volumenphasenübergängen auf die Oberflächenorientierung. Die Temperaturabhängigkeit dieser Effekte ist von größter Wichtigkeit für viele Anwendungen, wurde bisher aber in Oberflächenuntersuchungen weitgehend ignoriert. 2) Lösung von Metallkomplexen: befasst sich mit der Entwicklung von Konzepten, um die meist geringe Löslichkeit dieser Komplexe in ILs zu verbessern und insbesondere eine hohe Oberflächenaktivität der Metallkomplexe zu erreichen. Wir werden komplexe Liganden mit IL-artigen Gruppen einsetzen und Metall-enthaltende Komplexe untersuchen. 3) IL/Support Wechselwirkungen: betreffen die Grenzfläche von ILs mit Festkörperoberflächen oder der Oberfläche einer zweiten IL; für diese Untersuchungen werden neben bestehenden in situ Verfahren auch neue Techniken zur Herstellung ultradünner IL Filme eingesetzt werden. 4) Verfolgung chemischer Reaktionen in IL-basierten Systemen: macht sich das Potential der Röntgenphotoelektronenspektroskopie für in situ Untersuchungen zu Nutze. Wir werden Reaktionen zwischen ILs, die Metallierung von Freie-Base-Porphyrinen und die Adsorption und Reaktion kleiner Moleküle an, in der IL gelösten, Metallkomplexen untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. Florian Maier