Singulett Sauerstoff in nichtwässriger O2 Redoxchemie

Das Leben demonstriert leistungsstarke Energiespeicherung mithilfe der Redoxchemie von Hauptgruppenelementen. Dabei spielt die Redox-Chemie des Sauerstoffs eine zentrale Rolle und kann auch für Menschen-geschaffene elektrochemische Energiespeicherung genutzt werden. Die Nutzung der Sauerstoff-Redox-Chemie in Batterien könnte einen entscheidenden Wandel bei der Energiespeicherung ermöglichen, indem entweder Übergangsmetalloxid-Interkalationsmaterialien oder Metall-Luft-Zellen zum Einsatz kommen. Allerdings leiden sowohl das Leben als auch diese Familien der Batteriechemie unter irreversiblen Reaktionen, die von reaktiven Sauerstoffspezies ausgehen, die sich im Verlauf der Sauerstoff-Redox bilden. Sauerstoff kommt in zwei Zuständen vor, die sich in der Besetzung von Molekülorbitalen durch Elektronen und ihrer Reaktivität gegenüber anderen Stoffen unterscheiden: Erstens im sogenannten Triplett-Sauerstoff, der den Großteil des Sauerstoffs in unserer Umwelt ausmacht und eine eher geringe Reaktivität aufweist. Zweitens angeregter sogenannter Singulett-Sauerstoff, der eine hohe Reaktivität gegenüber den meisten organischen Materialien aufweist, die im Leben und in Batterien vorkommen. Die Bildung von Singulett-Sauerstoff wurde erst kürzlich erkannt, diese irreversiblen Reaktionen zumindest zum großen Teil zu verursachen. Die außerordentliche Bedeutung von Singulett-Sauerstoff in der Batteriechemie mit Sauerstoff-Redox ergibt sich aus seiner hohen Reaktivität gegenüber lebenswichtigen organischen Zellkomponenten und deren Abbau, was zum Zellversagen führt. Der Projektleiter hat zusammen mit anderen die Thematik und das Wissen über Singulett-Sauerstoff in der nichtwässrigen Redoxchemie geprägt. Das Wissen über Auswirkungen, Entstehung und Schadensmechanismen ist jedoch noch äußerst unterentwickelt. Unser Ziel ist es, diese kritischen Wissenslücken zu schließen, die sowohl für die Energiespeicherung als auch für reine Chemie relevant sind. Dieser Vorschlag zielt direkt auf das grundlegende Verständnis von Singulett- Sauerstoff als wichtiger Faktor für die langfristige Zyklenfähigkeit wichtiger elektrochemischer Systeme ab. Dazu erweitern wir unsere Methodenpalette. Ein detailliertes Verständnis der Bildung und Deaktivierung von Singulett-Sauerstoff ist von entscheidender Bedeutung, um die Energieeffizienz, die Ratenfähigkeit, die Kapazität und die Lebensdauer von Batterien auf Sauerstoff-Redox-Basis zu verbessern. Bisherige Arbeiten haben gezeigt, dass die praktischen Perspektiven für beide Batterien mit Sauerstoff-Redox sogar mit der Beherrschung parasitärer Prozesse, die durch Singulett-Sauerstoff induzierte werden, stehen oder fallen können. Abgesehen von der Bedeutung unserer Forschungsfragen für die Energiespeicherung entwickelt der Antrag neue Methoden und erforscht Neuland in der physikalischen Chemie.