Einbettung von Metallhydriden in porösen Materialien - Einstellung der Thermodynamik und Kinetik der Wasserstofffreisetzung

• Antragsteller: Dr. Andreas Schneemann
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 374669945

Die Sichere Speicherung von Energien ist eine der Herausforderungen im Zusammenhang mit der Energiewende zur Nutzung nachhaltiger Energieformen. Verschiedene Strategien werden verfolgt, zum Beispiel Speicherung in Batterien oder in chemischer Form als Wasserstoff. Poröse Materialien und Metallhydride sind hierbei die vielversprechendsten Wasserstoffspeicher. Metallhydride stechen besonders durch ihre hohe gravimetrische H2 Kapazität hervor, jedoch gibt es in einigen aussichtsreichen Materialien Probleme mit der Kinetik und Thermodynamik der H2 Abgabe. Daher werden verschiedene Strategien verfolgt diese Eigenschaften zu modulieren, ein Beispiel ist die Einlagerung in Poröse Materialien. Hierbei wurde festgestellt, das Wirt-Gast Wechselwirkungen die Kinetik und Thermodynamik der H2 Desorption stark beeinflussen und (2) kleine Metallhydrid Nanopartikel stabilisiert werden. Besonders hervorzuheben ist das die Einbettung von Metallhydriden in N- oder B-gedopte Materialien die in der Lage sind Lewis Säure – Lewis Base Komplexe mit den Hydriden auszubilden, besonders vielversprechend ist. In diesem Projekt ist es geplant (1) Metallhydride in funktionalisierte porösen Materialien einzubetten, (2) diese komplett mittels in-situ Methoden zu charakterisieren und (3) regeln für das gezielte Design von neuen Wasserstoffspeicherungsmaterialien aufzustellen.Der erste Teil des Projekts beschäftig sich mit der Synthese verschiedener Metallhydrid/Funktionalisierter Poröse Materialien Composite. Dies umfasst B- und N-gedopte poröse Kohlenstoffe, Pyridin und Amino funktionalisierte Metall-organische Gerüstverbindungen sowie Boroxin und Triazin basierter Kovalenter-organischer Gerüstverbindungen. Diese Materialien werden nach Synthesen aus der Literatur hergestellt. Die Anzahl der funktionellen Gruppen wird durch die Synthesemethoden gesteuert.Der zweite Abschnitt des Projekts beschäftigt sich mit der in-situ Charakterisierung der hergestellten Komposite um Reaktionspfade und Intermediate zu identifizieren. Methoden die genutzt werden beinhalten Umgebungsdruck XPS, in-situ Röntgenabsorptionsspektroskopie und Rasterröntgenmikroskopie.Zuletzt werden die Resultate der ersten beiden Teile des Projekts genutzt um Regeln für die kontrollierte Synthese von neuen Wasserstoffspeichern aufzustellen. Die Materialien mit den besten Eigenschaften (gravimetrischer H2 Gehalt, Desorptionsenthalphie) werden hierzu als Startpunkt genutzt. Des Weiteren wird dieses Teilprojekt durch theoretische Modellierung von Kollaborationspartnern unterstützt.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Mark D. Allendorf, Ph.D.