ABX3 Perowskit Koordinationsnetzwerke als Barokalorika

• Antragsteller: Dr. Gregor Kieslich
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450070835

Der barokalorische Effekt stellt eine faszinierende und vielversprechende Möglichkeit zur Entwicklung von nachhaltigen Kühlprozessen der nächsten Generation dar. Die barokalorische Technologie kommt jedoch nur zum Tragen, wenn grüne, preiswerte und leicht zu verarbeitende Materialien entdeckt werden, die eine große barokalorische Leistung aufweisen. Das Fehlen jeglicher Konzepte für die Synthese von hochleistungsfähigen barokalorischen Arbeitsmedien schränkt aktuell eine systematische Entwicklung des Feldes ein. Das Forschungskonzept und die Ergebnisse dieses Forschungsantrages zielen darauf ab diese Lücke zu füllen, indem grundlagenbasierte Forschungsideen mit einem fächerübergreifenden Forschungsansatz kombiniert werden.Die vorgeschlagene Arbeit basiert auf der Arbeitshypothese, dass die barokalorische Leistung eines Materials grundlegend mit seinem Kompressionsmodul zusammenhängt. Das Kompressionsmodul wird damit zur Schnittstelle zwischen der chemischen Intuition eines Synthesechemikers und den barokalorischen Eigenschaften der Arbeitsmedien und legt die Grundlage zur Entwicklung synthetischer Konzepte für die gezielte Herstellung von Hochleistungsbarokalorika. Um diese Hypothese zu verifizieren, ist eine chemisch variable Materialplattform erforderlich, die eine systematische Untersuchung des Kompressionsmodules und der barokalorischen Eigenschaften als Funktion kleiner chemischer Veränderungen ermöglicht. Nur solch ein Ansatz führt zu grundlegendem Wissen, um das Forschungsfeld wirksam und nachhaltig zu prägen. Kern des Forschungsantrages zur Ausarbeitung der Arbeitshypothese ist die Materialklasse der ABX3 Perowskit Koordinationsnetzwerke (PCNs). Analog zu anorganischen Perowskiten kristallisieren PCNs im Perowskit Strukturmotiv, jedoch führt die Verwendung von molekularen Baueinheiten auf der A und X-Position in ABX3 zu einer großen chemischen Vielfalt mit über 200 bekannten PCNs. Von diesen weisen mehr als 25 für die Barokalorika interessante Phasenübergänge auf.Der vielfältige chemische Parameterraum von PCNs erlaubt die gezielte Synthese dieser mit exzellenten barokalorischen Eigenschaften und legt damit die wissenschaftliche Grundlage des Forschungsvorhabens. Der Arbeitsplan des Forschungsprojektes folgt einem systematischen und interdisziplinären Forschungsansatz, der von der Synthese maßgeschneiderter molekularer Bausteine bis zur Hochdruckkristallographie und -kalorimetrie reicht. Nach Bestätigung der Arbeitshypothese erfolgt mittels des erworbenen Wissens die synthetische Optimierung der Eigenschaften und anschließend die Formulierung von Designprinzipien für PCNs mit hoher barokalorische Leistung. Der Antrag baut direkt auf der Expertise von mir und meiner Gruppe in der Strukturanalyse und Erforschung thermodynamischer Parameter von PCNs auf und eröffnet die einmalige Gelegenheit, eine der wohl spannendsten Entwicklungen im Bereich der angewandten Koordinationsnetzwerke von Anfang an mitzugestalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen