SPP 1708: Material Synthesis near Room Temperature
Materials Science and Engineering
Thermal Engineering/Process Engineering
Final Report Abstract
Zentrale Forschungsziele des Schwerpunkprogramms waren die Etablierung IL-basierter ressourceneffizienter Synthesen für bekannte Funktionsmaterialien (IL = ionic liquids; ionische Flüssigkeiten), die Entdeckung neuartiger, auch unorthodoxer Funktionsmaterialien, die nur durch die Synthesen nahe Raumtemperatur in ILs zugänglich sind, sowie ein Verständnis der Prinzipien von Auflösung, Reaktion und Abscheidung anorganischer Feststoffe in ILs. Die Auswahl der Projekte, die die Fachgutachter in den beiden Antragskolloquien trafen, führte sehr leistungsfähige Gruppen aus ganz Deutschland zusammen und ergab ein ausreichend breites, aber doch hinreichend fokussiertes Spektrum an Forschungsansätzen unter der generellen Fragestellung. Die Mehrzahl der von den einzelnen Projekten anvisierten Ziele wurden im Laufe der beiden Förderperioden erreicht, teilweise konnten aufgrund des guten Fortschritts sogar weitergehende Fragestellungen verfolgt werden. Vergleicht man den bis Ende 2020 erarbeiteten Wissensstand zur Synthese anorganischer Materialien bei niedrigen Temperaturen mit der durch ein hohes Maß an Unkenntnis geprägten Situation zur Zeit der Beantragung des SPP im Jahr 2012, so lässt sich unzweifelhaft feststellen, dass erhebliche Fortschritte erzielt wurden. Dies betrifft sowohl die zahlreichen auf explorativem Wege erhaltenen neuen Verbindungen, welche die Möglichkeiten dieses Syntheseansatzes illustrieren und darüber hinaus ihren eigenen Wert besitzen, als auch insbesondere das Verständnis für die Interaktion verschiedener Typen von ILs mit anorganischen Feststoffen bei der Auflösung und der Kristallisation. Hierbei überraschten vor allem die hervorragenden Lösungseigenschaften der ILs. Zu den bedeutsamen Entdeckungen zählt, dass „unlösliche“ Elemente mit kovalent vernetzten Strukturen wie roter Phosphor, Selen oder Tellur, aber auch Substanzen mit hohen Gitterenergien wie Metalloxide und -sulfide oder gar Edelmetalle wie Gold oder Platin unter moderaten Bedingungen (zwischen Raumtemperatur und 200 °C) in ILs gelöst und damit einer Folgechemie zugänglich gemacht werden können. Hierzu wurden die kritischen Syntheseparameter evaluiert und Spezies, die in den IL-Lösungen auftreten, mit experimentellen wie theoretischen Methoden identifiziert. Es ist hervorzuheben, dass in dieser Chemie weder exotische Ausgangsmaterialien noch problematische Substanzen wie konzentrierte Säuren oder starke Oxidationsmittel zum Einsatz kommen, die Aktivierungsenergien viel niedriger sind als bei Reaktionen in Hochtemperaturschmelzen und die IL im Regelfall wiederverwendet werden kann. Bis auf wenige, wissenschaftlich begründete Ausnahmen wurden vergleichsweise preiswerte, kommerziell erhältliche ILs eingesetzt, um einen möglichen Transfer in die Anwendung nicht zu behindern. Die gesammelten Erkenntnisse können nun als Ausgangspunkt für die Entwicklung ressourcen-effizienter, abfall- und emissionsarmer Prozesse dienen, welche zumindest einige der tradierten, hoch umweltschädlichen industriellen Verfahren ablösen können, z. B. in der Aluminiumproduktion. Eine Auswahl aktueller Ergebnisse des SPP 1708 findet sich in einem Sonderband der Open-Access-Fachzeitschrift ChemistryOpen (Februar-Heft 2021). Weitere Ziele des Programms waren es, Wissenschaftler/innen zur ortsübergreifenden und ggf. interdisziplinären Zusammenarbeit zusammenzubringen, den beteiligten wissenschaftlichen Nachwuchs zu fördern sowie Gleichstellungsmaßnahmen zu realisieren. Auch diese Ziele wurde weitestgehend erreicht. So wurde die Zusammenarbeit und Kommunikation innerhalb des SPP 1708 von den Mitgliedern durchweg sehr positiv bewertet. Für das Erreichen des zweiten Ziels wurden zahlreiche Methodenseminare sowie Personalentwicklungsmaßnahmen für die in einer Qualifikationsphase befindlichen Mitarbeiter/innen des SPP angeboten. Diese wurden sehr gut angenommen und ebenfalls positiv bewertet. Speziell für Doktorandinnen und Postdoktorandinnen wurden zahlreichen Veranstaltungen zur Karriereförderung, wie Soft-Skills- und Managementkurse, organisiert. Im Sinne von Vereinbarkeit von Familie und wissenschaftlicher Karriere wurde Kinderbetreuung während der gemeinsamen Veranstaltungen, aber auch darüber hinaus angeboten. Durch das SPP 1708 wurden mehrere Anstöße für weitergehende Förderaktivitäten und Anträge für Programme anderer Forschungsverbünde gegeben; so beispielsweise der ERC Consolidator Grant „MAcroscopic quantum Transport maTERials by nanoparticle processing (MATTER)“ (2020 – 2025) von Frau Prof. Schierning.
Publications
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