Cyanierte Makrocyclen für Elektronen- und Ionentransport

Das Ziel des Projekts Cyanierte Makrocyclen für Elektronen- und Ionentransport sind verbesserte Materialien für Batterien und ähnliche Anwendungen. Materialien für Batterien müssen zwei wichtige Aufgaben erfüllen können: Sie müssen Strom und Ionen, beispielsweise Lithium-Ionen, leiten und speichern können. Solche Materialien enthalten allerdings oft seltene Metalle. Diese Materialien durch umweltfreundlichere organische Moleküle zu ersetzen ist ein wichtiges Ziel in der Entwicklung von Batterien der nächsten Generation, die helfen soll, die Umweltprobleme, denen wir gegenüberstehen, zu lösen. Die Zielmaterialien dieses Projekts basieren deshalb auf organischen Molekülen. Ähnlich den Bestandteilen einer Strom- oder Wasserleitung müssen die Moleküle gut miteinander verbunden sein, um effizienten Transport von Strom und Ionen zu gewährleisten. Außerdem müssen die Materialien porös sein, um Platz für das Speichern von Ionen zu bieten. Für das Speichern von Strom sind die sogenannten Redox-Eigenschaften von großer Bedeutung. Diese beschreiben wie gut Moleküle Strom aufnehmen und wieder abgeben können. Organische Moleküle mit exzellenten Eigenschaften für Batterien zu entwickeln ist trotz großer Forschungsanstrengungen in den letzten Jahren nach wie vor eine Herausforderung. Für dieses Projekt werden neue Ideen und Konzepte für das Moleküldesign vorgestellt und angewandt. Die Zielmoleküle sind cyclisch, damit sie Leitungen bilden können, wenn sie miteinander verbunden werden; sie sind außerdem groß genug, um Platz für das Speichern von Ionen zu schaffen. Diese Moleküle werden deshalb Makrocyclen genannt. Im Unterschied zu Strom- oder Wasserleitungen sollen diese Moleküle gleichzeitig Strom und Ionen leiten können, wenn sie gut miteinander verbunden sind. Es werden deshalb Makrocyclen mit unterschiedlichen Verbindungsstücken (bestimmte SegmentederMakrocyclen)getestet.Diese Verbindungsstücke sind auch für eine enge Anordnung der Ionenleitungen im Material wichtig. Für gute Redox-Eigenschaften werden zudem sogenannte Cyanogruppen an den Makrocyclen angebracht. Diese sind dafür bekannt, die Aufnahme und Abgabe von Strom zu verbessern. In einem ersten Schritt werden die Reaktionen für die Herstellung der Makrocyclen anhand von Modellverbindungen entwickelt. Die Makrocyclen werden anschließend unter Verwendung der neu entwickelten Reaktionen hergestellt, die Redox-Eigenschaften sowie die Anordnung der Moleküle im Material untersucht. Nach diesen anfänglichen Untersuchungen werden die Materialien in Batterien getestet. Die erwarteten Eigenschaften der Makrocyclen sind allerdings auch für eine Vielzahl weiterer Anwendungen nützlich, beispielweise für medizinische Anwendungen wie Sensoren und Ionenpumpen oder für elektronische Anwendungen wie intelligente Fensterscheiben und elektronisches Papier. Der mögliche Anwendungsbereich der Makrocyclen soll gemeinsam mit Kooperationspartnern in Großbritannien und Österreich weiter untersucht werden.