Stickstoffangereicherte redox-aktive Monomere für COF-Batteriematerialien (NITROCOF)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Oliver Dumele; Professorin Dr. Birgit Esser
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441236036

Kovalent-organische Gerüstverbindungen (COFs) sind eine vielseitige Plattform für die Herstellung leistungsstarker organischer Elektrodenmaterialien. Redox-aktive Untereinheiten lassen sich leicht einbauen und ihre Porosität ermöglicht eine effiziente Ionendiffusion. In den meisten Literaturberichten über COFs als Elektrodenmaterialien wird jedoch eine n-Typ-Redoxaktivität verwendet, was bedeutet, dass Elektronen reversibel gespeichert werden, während gleichzeitig Metallkationen aus dem Elektrolyten zum Ladungsausgleich eingebracht werden. In diesem gemeinsamen Projektvorschlag werden wir die Auswirkungen der Stickstoffanreicherung in den redoxaktiven Einheiten der 2D-COFs systematisch untersuchen. Es werden zwei Hauptvorteile vorgeschlagen, wenn der Gehalt an Stickstoff-Heteroatomen erhöht wird: 1) reversible Redox-Prozesse mit mehrfachen Elektronenübertragungen als p-Typ-Materialien können angesprochen werden, und 2) verbesserte Koordination von N-Heteroatomen mit Gegenionen für eine bessere Ionenspeicherung. Daher wird die Anreicherung von N-Heteroatomen in aromatischen Untereinheiten von COFs in Bezug auf ihre Elektrodenleistung in Lithium- oder Magnesiumbatterien untersucht. Die Synthese neuartiger 2D-COFs (Dumele-Gruppe) und ausgewählter linearer amorpher Polymere (Esser-Gruppe) mit direkt vergleichbaren redoxaktiven Einheiten wird im Rahmen dieses SPP-Projekts durchgeführt. Wir beabsichtigen, grundlegende Ladungs- und Radikalstabilisierungsmechanismen mit Hilfe verschiedener stickstoffangereicherter Muster und Strukturmotive aufzudecken. Dieser gemeinsame Ansatz für COF-basierte Elektrodenmaterialien wird dazu beitragen, Polymergerüste für Energiespeicher grundlegend zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2248: Polymer-basierte Batterien