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Stark eutektische Lösungsmittel: Lösungsmittel, Wasser und Biomasse-Reaktionen

Fachliche Zuordnung Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
Förderung Förderung von 2018 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406232243
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Forschungsprojekt zielte darauf ab, das Verständnis der Eigenschaften dieser Lösungsmittel und ihrer Wechselwirkungen mit gelösten Stoffen wie Wasser, Glukose, Cellulose und Kohlendioxid (CO2) zu verbessern. In diesem Projekt, das all seine Ziele erreichen konnte, wurden verschiedene Simulationsmethoden angewandt und hiermit neue Modelle und Methoden entwickelt. Zu den zentralen Ergebnissen gehört die Aufklärung der Nanostruktur von stark eutektischen Lösungsmitteln (DES, deep eutectic solvent) durch klassische Molekulardynamiksimulationen, die den Einfluss der Größe der Kationen auf die Mikroheterogenität und die Nanostruktur aufzeigen. Der Fokussierung auf ab initio Molekulardynamiksimulationen, insbesondere für Mischungen von DES, liefert Einblicke in die Abhängigkeit des Wasserstoffbrückenbindungsnetzwerks von der Zusammensetzung. Im Rahmen dieses Projekts wurden durch den Einsatz verschiedener Simulationsmethoden, einschließlich der klassischen Molekulardynamik, Molekulardynamik Simulationen mit polarisierbaren Kraftfeldern, der ab initio Molekulardynamik und der Quantum-Cluster-Equilibrium Methode (QCE), wichtige Erkenntnisse über die physikalisch-chemischen Eigenschaften von DES, ionischen Flüssigkeiten und molekularen Flüssigkeiten gewonnen. Im Kontext der CO2-Absorption zeigt das Cholinchlorid-Ethylenglykol-Gemisch sein Potential als Absorptionsmittel für CO2. Ab-Initio-Molekulardynamiksimulationen enthüllen die Auswirkungen der Anionen, Kationen und Wasserstoffbrücken-Donoren auf die Solvatisierung von CO2 und heben die Vorteile von DESs gegenüber ionischen Flüssigkeiten hervor. Umwandlungsreaktionen von Biomasse wurden mit MD-Simulationen bei denen Solvatisierung von Cellulose in DESs betrachtet wurde, untersucht. Die Ergebnisse betonen den Einfluss von Wechselwirkungen der Ionen auf die Struktur der Cellulose. Ab initio Molekulardynamiksimulationen der Solvatation von Isomeren von D-Glucose in ionischen Flüssigkeiten ermöglichen wesentliche Erkenntnisse für die Verarbeitung von Cellulose. Zu den Fortschritten in der Theorie gehört die Entwicklung einer auf QCE basierenden Cluster-Wichtungsmethode zur Vorhersage von Schwingungsspektren in nicht idealen Umgebungen. Dieser statische Ansatz erweist sich als sehr vielversprechend, um eine qualitative Übereinstimmung mit experimentellen Spektren für DESs zu erreichen. Insgesamt hat dieses Projekt das Verständnis von DESs wesentlich verbessert und wertvolle Erkenntnisse für verschiedene wissenschaftliche Bereiche geliefert, darunter die Verarbeitung von Biomasse, die Grenzflächenforschung und die Entwicklung neuer Lösungsmittel und Verfahren.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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