Rationale Darstellung protonenleitender Koordinationspolymere

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Thomas Homburg

Auf der Suche nach alternativen Energiequellen wird unter anderem die Speicherung von Energieüberschüssen in Form von chemischer Energie, mit anschließender Umwandlung in elektrische Energie diskutiert. Eine Möglichkeit, die chemische Energie zu konvertieren besteht in der Verwendung von Brennstoffzellen mit Wasserstoff oder Methanol als Energieträger. In solch einer Brennstoffzelle werden die katalytisch aktiven Anoden- und Kathodenmaterialien, durch eine protonenleitfähige Membran miteinander verbunden. Zu den meist untersuchten Membran gehören Polymere wie Nafion (Protonleitfähigkeit bis zu 0,1 Scm-1), diese arbeiten allerdings nur bis ca. 80 °C effizient. Aus diesem Grund gibt es vermehrt Bestrebungen protonenleitende Membran zu entwickeln die kostengünstig sind und bei Temperaturen von 80 – 150 °C operieren. Ein Ansatz, protonenleitfähige Verbindungen herzustellen, ist der Einsatz poröser Verbindungen.

Diese kristallinen Verbindungen zeichnen sich durch ihren modularen Aufbau aus und enthalten anorganische Baueinheiten, die über organische Moleküle (Linker) verknüpft sind. Durch Variation der organischen Reste kann die Porengröße sowie die Oberflächenfunktionalität gezielt eingestellt werden. In diesem Zusammenhang wurden kürzlich MOFs vorgestellt, die ebenfalls über eine hohe Protonleitfähigkeit (bis zu 0,2 Scm-1) verfügen. Unter anderem können Protonenleitfähige MOFs durch das Einbringen von Gastmolekülen modifiziert werden. Der Austausch von Wasser gegen organische Moleküle führt zu MOFs, die sogar in der Abwesenheit von Wasser Protonenleitung zeigen und somit die physikalischen Limitierungen von Wasser umgehen.Erste Ergebnisse deuten auf eine erhöhte Leitfähigkeit, beim Austausch von Wasser gegen Imidazol als Ladungsträger hin.

Das Ziel meiner Dissertation besteht darin, durch gezielte Manipulation der Poren und Gastmoleküle, eine Struktur-Eigenschafts-Beziehung zu etablieren.

Förderzeitraum:
01.01.2014 - 31.05.2017

Institut:
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Anorganische Chemie

Betreuer:
Prof. Dr. Norbert Stock

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