Intelligente Superchaotropizität - Superchaotrope Polyoxometalatbindung als adressierbarer Schalter in wässrigen Polymersystemen

• Antragsteller: Dr. Max Hohenschutz
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534870847

In diesem Projekt werden wir die Schaltbarkeit von nicht-ionischen Bio-polymeren/Polyoxometalat-Komplexen in Wasser untersuchen. Diese Komplexe beruhen dabei auf einer sogenannten superchaotropen Bindung. Der zugrundeliegende (super-)chaotrope Effekt ist zurückzuführen auf die niedrige Ladungsdichte der Polyoxometalate, was zu ihrer schwachen Hydratisierung führt, und sie zu einer starken Bindung an nicht-ionische Polymer veranlasst. Da sich die Ladungsdichte der Polyoxometalate durch Bescheinen mit UV-Licht-, Änderung des pH-Werts oder elektrische Felder einstellen lässt, kann die Polymer/Polyoxometalate-Bindungsreaktion gesteuert werden. So wird bei durch Reduzierung - wie beispielsweise durch UV-Licht induziert - und Erhöhung der Ladungsdichte des Polyoxometalats, die Hydratisierung verstärkt und die Bindung an die Polymerkette abgeschwächt. Diese Schaltung durch "Intelligente Superchaotropizität"-schlägt sich als eine starke Abnahme der Viskosität oder Gelierung von Cellulose-basierten Bio-Polymeren in Anwesenheit der Polyoxometalate nieder. Dieses Konzept bietet eine neue Strategie zur Generierung von schaltbaren viskosen Lösungen und Gelen basierend auf nicht-ionischen Polymeren, welche schaltbare Eigenschaften anderweitig nur durch gezielte Synthese erlangen können. Neben der Stimulierung (pH, Licht, elektrische Felder) der rheologischen Eigenschaften dieser Systeme, werden wir die begleitenden Effekte auf die Lösungstruktur charakterisieren und fundamentale Einblicke über den superchaotropen Bindungsprozess gewinnen. So werden wir Diffusionskoeffizienten, Bindungskonstanten und Stabilität der Polyoxometalate bevor und nach Stimulierung messen. Diese Methodik wird uns ermöglichen Aussagen über die superchaotrope Bindungsdauer und Stärke zu treffen, und den Effekt der Bindung auf die Lösungsstabilität der Polyoxometalate zu evaluieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen