Veränderung der Eigenschaften mehrphasiger Flüssigkeiten durch geometrische Beschränkung in modernen mesoporösen Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Fröba; Professor Dr. Patrick Huber
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407319385

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Fluide eingebettet in nanoporösen Strukturen weisen einzigartige Eigenschaften auf, die nicht mit denen der entsprechenden Volumensysteme vergleichbar sind. Aufgrund ihres großen technologischen Potenzials wird diesen Fluiden große Aufmerksamkeit zuteil. In diesen eingeschlossenen Umgebungen sind die Wechselwirkungen zwischen der Porenoberfläche und der Fluide sowie die geometrischen Abmessungen der Poren entscheidende Faktoren, die gezielt eingestellt werden können, um die Eigenschaften der Fluide zu beeinflussen. Auf dem dynamischen Forschungsgebiet der in Nanoporen eingebetteten Fluiden hat das Projekt NanoLiquids durch die präzise Kontrolle der Wechselwirkungen zwischen Fluid und Festkörper auf molekularer Ebene einen völlig neuen Wissensbereich eröffnet. NanoLiquids wurde im Rahmen einer erfolgreichen deutsch-französischen Partnerschaft ins Leben gerufen und vereint komplementäres Fachwissen in den Bereichen der Chemie und Physik, wobei eine breite Palette von Methoden eingesetzt wird, die in den Laboren und Großanlagen der Partner aktiv weiterentwickelt werden. Die eingesetzten Forschungstechniken umfassen die Synthese moderner nanoporöser Materialien und die Untersuchung nanostrukturierter Fluide mit besonderem Schwerpunkt auf deren Phasendiagrammen, Struktur, Dynamik und Modellierung. Das NanoLiquids-Projekt hat neue Erkenntnisse über das Verhalten von Flüssigkeiten in nanoskaligen Kanälen geliefert. Es hat u.a. die einzigartigen Eigenschaften von Wasser aufgedeckt, wenn es im Nanomaßstab eingeschlossen ist, im Gegensatz zu seiner Volumenform. Diese Unterschiede betreffen seine strukturelle Organisation durch Wasserstoffbrückenbindungen, die durch Grenzflächen erheblich beeinflusst werden, seine heterogene molekulare Mobilität und seine Fähigkeit, zu kristallisieren oder amorphe Bereiche zu bilden. Wenn dieses Verständnis auf binäre Gemische, wässrige Lösungen und alternative Lösungsmittel ausgedehnt wird, kann es in verschiedenen Bereichen wie Energiegewinnung und -speicherung, Kryokonservierung und grüne sowie nachhaltige Chemie Anwendung finden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Do Deep Eutectic Solvents Form Uniform Mixtures Beyond Molecular Microheterogeneities?. The Journal of Physical Chemistry B, 124(41), 9126-9135.
  Percevault, Lucie; Jani, Aicha; Sohier, Thibaut; Noirez, Laurence; Paquin, Ludovic; Gauffre, Fabienne & Morineau, Denis
  
• Extension and Limits of Cryoscopy for Nanoconfined Solutions. The Journal of Physical Chemistry Letters, 11(14), 5763-5769.
  Malfait, Benjamin; Pouessel, Alban; Jani, Aîcha & Morineau, Denis
  
• Phase behavior of aqueous solutions of ethaline deep eutectic solvent. Journal of Molecular Liquids, 304, 112701.
  Jani, Aicha; Sohier, Thibaut & Morineau, Denis
  
• Dynamics of water confined in mesopores with variable surface interaction. The Journal of Chemical Physics, 154(9).
  Jani, Aîcha; Busch, Mark; Mietner, J. Benedikt; Ollivier, Jacques; Appel, Markus; Frick, Bernhard; Zanotti, Jean-Marc; Ghoufi, Aziz; Huber, Patrick; Fröba, Michael & Morineau, Denis
  
• Influence of Pore Surface Chemistry on the Rotational Dynamics of Nanoconfined Water. The Journal of Physical Chemistry C, 125(30), 16864-16874.
  Malfait, Benjamin; Jani, Aicha; Mietner, Jakob Benedikt; Lefort, Ronan; Huber, Patrick; Fröba, Michael & Morineau, Denis
  
• On the coupling between ionic conduction and dipolar relaxation in deep eutectic solvents: Influence of hydration and glassy dynamics. The Journal of Chemical Physics, 154(16).
  Jani, Aicha; Malfait, Benjamin & Morineau, Denis
  
• Confining deep eutectic solvents in nanopores: Insight into thermodynamics and chemical activity. Journal of Molecular Liquids, 349, 118488.
  Malfait, Benjamin; Jani, Aicha & Morineau, Denis
  
• Structure of Water at Hydrophilic and Hydrophobic Interfaces: Raman Spectroscopy of Water Confined in Periodic Mesoporous (Organo)Silicas. The Journal of Physical Chemistry C, 126(7), 3520-3531.
  Malfait, Benjamin; Moréac, Alain; Jani, Aïcha; Lefort, Ronan; Huber, Patrick; Fröba, Michael & Morineau, Denis