Untersuchung von neuartigen, ökologisch freundlichen, nicht toxischen Calciumbasen und erste Anwendungen zur Funktionalisierung von nachwachsenden Rohstoffen

Stipendiatin/Stipendiat: Philipp Schüler

In der chemischen Industrie (Agrochemie, pharmazeutischen Synthese und Grundchemikalien) spielen s‑Blockorganometallverbindungen (hier vor allem Lithium- und Magnesiumorganyle) als Base oder Nukleophil eine essentielle Rolle. Nachteilig ist, dass die weltweiten Lithiumreserven durch das Aufkommen der E-Mobilität rasant schwinden. Die vermehrte Förderung von Lithiumchlorid aus südamerikanischen Salzseen geht auch mit der Zerstörung dieser Landschaften einher. Lithiumverbindungen haben jedoch physiologisch neurologische Wirkungen, wodurch diese möglichst immer vollständig aus pharmazeutischen Produkten entfernt werden müssen. In den nächsten Jahren wird es durch die zunehmende Ressourcenknappheit zu einer Preissteigung von Lithium kommen. All diese Aspekte haben mich motiviert ein Projekt zu starten, Alternativen für lithiumhaltige starke metallorganische Basen zu suchen. In unserer Arbeitsgruppe wurde eine Laborsynthese für Organometallverbindungen des Calciums etabliert, sodass sich auf diesem Feld neue Forschungsprojekte ergeben. Calcium weißt viele Vorzüge in Vergleich mit anderen s-Blockmetalle auf. Es kommt nahezu omnipräsent auf der Erde vor und ist mit 3,4% sehr häufig in der Erdkruste aufzufinden. Somit ist es als Rohstoff auch in Europa verfügbar und kann unter den hier geltenden hohen Umweltstandards gefördert und produziert werden. Auch aus physiologischer Sicht besitzen Calcium-Ionen bis in hohe Konzentrationsbereiche keine Toxizität, da diese auch im menschlichen Körper im Skelettsystem oder bei der Blutgerinnung essentielle Rollen spielen sowie wichtige second messenger darstellen. Die Reaktivität des Calciums nimmt außerdem eine Sonderrolle ein, da es Eigenschaften der s-Blockmetalle mit denen früher d-Blockmetalle vereinigt. Die besondere Reaktivität konnte in vielversprechenden Studien in Kooperation mit dem Kompetenzzentrum für Polysaccharidforschung genutzt werden um Cellulose selektiv zu funktionalisieren. Die Kooperation soll im Rahmen des Promotionsprojekts vertieft werden und in eine systematische Untersuchung der Reaktivität eingebettet werden. Zudem konnte zu Beginn der Förderphase eine neues Kooperationsprojekt mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) in Ulm aufgebaut werden. Ziel dieser Zusammenarbeit ist die Untersuchung von Calcium- (und Magnesium-)organylen in Hinblick auf Anwendungen als Elektrolyt in Erdalkalibatterien. Da in Zeiten von wachenden Anteilen an E-Mobilität und erneuerbaren Energien dringend neue Speichertechnologien gesucht werden, stellt dieses Thema auch einen Arbeitsschwerpunkt dar.

Gerade bei der Elektrolytforschung wird deutlich, dass viele derzeit etablierte Zugangswege zu Calciumorganylen unpraktisch und nicht nachhaltig sind. Es wird an dieser Stelle um so deutlicher, dass eine breite Anwendung und eine Öffnung des Forschungsfelds nur erreicht werden kann, wenn neue Synthesemethoden entwickelt und etabliert werden. Diese Aufgabe steht im Mittelpunkt dieses Promotionsvorhabens. Einen Schritt in Richtung eines einfachen und nachhaltigen Zugangswegs konnte mit der in situ Grignard Metallierungsmethode (iGMM) bereits am Anfang des Promotionsvorhabens durch einen Zufallsbefund gegangen werden. 

Förderzeitraum:
01.12.2018 - 30.11.2021

Institut:
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Chemisch-Geowissenschaftliche Fakultät
Institut für Anorganische und Analytische Chemie

Betreuer:

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Publikationen: