Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Jacobs-Wissenschaftler entwickeln neue Carben-Komplexe zur vielseitigen industriellen Anwendung

20.03.2013
Carbene sind eine Klasse von meist instabilen Kohlenstoffverbindungen, deren Synthese in Form von Carben-Komplexen erstmalig in den 1970er Jahren gelang.

Für N-heterocyclische Carbene (NHC) fanden sich schnell Anwendungen in der Pharmazie und technischen Prozessen. Wissenschaftler der Jacobs University haben nun neue Synthesewege für stabile und gut handhabbare NHC-Komplexe vorgestellt. Anwendungen ergeben sich als Überladungsschutz in Lithium-Ionen Batterien oder in Form von Flüssigkristallen in LC-Displays. Gefördert wird die Arbeit mit insgesamt € 1,2 Millionen von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) und Merck KGaA.


Verbindung mit flüssigkristallinen Eigenschaften und Molekülstruktur
Foto: Jacobs University

Mit der Vorstufe DFI (1,3-dimethyl-2,2-difluoroimidazolidin) haben Gerd-Volker Röschenthaler, Professor für Chemie an der Jacobs University, und Dr. Tobias Böttcher im Rahmen seiner Doktorarbeit erstmalig einen Carben-Komplex von Phosphor(V) durch oxidative Addition an PF3 und später aus dem wesentlich leichter handhabbaren PCl3 hergestellt. „Unser Ziel war es Synthesemöglichkeiten zu finden, die einfach umsetzbar sind und Arbeitsabläufe in Forschung und Entwicklung erleichtern“, so Röschenthaler.

Der neue Carben-Komplex NHC-PF5 eignet sich für verschiedene Anwendungen. In Kooperation mit Prof. Martin Winter vom MEET-Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster stellte das Jacobs-Forscherteam fest, dass NHC-PF5 als Überladungsschutz in Lithium-Ionen Batterien wirkt: Bei Zugabe in die Elektrolytkomponente einer Batterie, schaltet diese bei 4,6 Volt ab. Das Überladen, was zum Platzen und Entzünden oder schlimmstenfalls zur Explosion der Batterie führen kann, wird so verhindert. Warum NHC-PF5 als Überladungsschutz so gut einsetzbar ist, untersuchen die Wissenschaftler derzeit. An dieser Kooperation beteiligt sind auch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie sowie industrielle Partner, darunter BASF, Volkswagen AG, SGL Carbon, Toda und Merck. Zusammen mit der Universität Münster reichten die Wissenschaflter hierzu ein Patent über „Elektrolyt-Zusatz für Lithium-basierte Energiespeicher“ ein (Universität Münster, Jacobs University Bremen, DE 10 2011 055 028.3, PCT/EP2012/071544).

Neuartige Verbindungen mit flüssigkristallinen Eigenschaften konnten Röschenthaler, Böttcher und ihr Team (Dr. Romana Pajkert und Dr. Maksym Ponomarenko) in Kooperation mit Dr. Matthias Bremer von Merck entwickeln. Die Verbindungen (siehe Abbildung mit Molekülstruktur) weisen besonders große Dipolmomente auf, eine Voraussetzung für den Einsatz als Flüssigkristall. Diese Verbindungsklasse könnte eine neue Art von Flüssigkristallen sein. Das Dipolmoment soll die Eigenschaften verbessern, was beispielsweise eine höhere Brillianz bei Smartphone-Displays oder schnellere Schaltzeiten bei Monitoren und Flachbildschirmen zur Folge hätte.

Zusammen mit Prof. Berthold Hoge der Universität Bielefeld zeigten die Jacobs-Forscher, dass sich Phosphor(V)-Carben-Komplexe durch Fluorwasserstoff sauber zu Salzen mit einem sehr niedrigen Schmelzpunkt (bei Raumtemperatur sind sie flüssig) spalten lassen. Sie können als sogenannte ionische Flüssigkeiten eine breite Anwendung finden. Durch die einfache Herstellung in nur einem Schritt, ist der neue Syntheseweg für die Industrie auch als Reaktionsmedium für organische Synthesen von großem Interesse.

Als weiteren Weg zur Darstellung von Carben-Komplexen wählten Röschenthaler und Böttcher den Carben-Transfer: eine kostengünstige, einfache und vielseitig anwendbare Methode. Hierbei wird zuerst ein Carben-Komplex hergestellt, der stabil und gleichzeitig labil genug ist, um das Carben auf ein anderes gewünschtes Element zu übertragen. Die Wissenschaftler nutzten NHC-SiCl4 als Transfer-Reagenz und übertrugen das Carben auf PCl3 (Chemical Science, 2013, 4, 77-83, DOI: 10.1039/C2SC21214E), als erstes Beispiel eines Carben-Transfers zwischen zwei Hauptgruppenelementen. Darüber hinaus ist auch der Transfer auf Übergangsmetalle möglich, was die Wissenschaftler an Nickel(II) und Palladium(II) chlorid zeigten. Dies ist vor allem deswegen interessant, da solche NHC-Komplexe gute katalytische Eigenschaften besitzen und damit für die Industrie von großer Bedeutung sind. Auch dieses neuartige Herstellungsverfahren wurde patentiert: „Silicon-based Carbene Transfer Reagent“ (Jacobs University Bremen, DE 10 2012 102 535.5).

Fragen beantwortet:
Gerd-Volker Röschenthaler | Professor of Chemistry
E-Mail: g.roeschenthaler@jacobs-university.de| Telefon: +49 421 200-3138

Dr. Kristin Beck | idw
Weitere Informationen:
http://www.jacobs-university.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften