Katalytische Mikrogel-Reaktionen an Grenzflächen nicht-mischbarer Tropfen

• Antragsteller: Professor Dr. Andrij Pich; Professor Dr.-Ing. Uwe Schnakenberg
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492353574

Im laufenden DFG-Projekt „Katalytische Mikrogelreaktionen an der Grenzfläche nicht mischbarer Tröpfchen“ wurden die technologischen Voraussetzungen entwickelt, um die katalytische Leistung von oberflächenaktiven Mikrogelen an der Grenzfläche zweier nicht mischbarer Tröpfchen mit Hilfe einer digitalen Mikrofluidik (DMF)-Plattform zu untersuchen. Biphasische nicht mischbare Tröpfchen bilden eine wohldefinierte Grenzfläche, die es ermöglicht, Grenzflächenreaktionen auf Tröpfchenebene quantitativ zu untersuchen. Durch die Implementierung neuer Treiberkomponenten ist die DMF-Plattform nun in der Lage, 160 Elektroden bei bis zu 250 VRMS und 50 kHz zu adressieren. Es wurde ein Elektrodenarray entwickelt und charakterisiert, das die Trennung von nicht mischbaren 1-Oktanol/Wassertröpfchen mit minimalen Rückständen ermöglicht, indem eine Abrisskante eines „hydrophilic well“ verwendet wird. Nach Anpassung unseres ursprünglichen Syntheseansatzes wurde ein neuartiger kolloidaler Katalysator synthetisiert, indem ein katalytisch aktives Comonomer, basierend auf der Isoselenazole-Struktur, in Poly(N-Isopropylacrylamid)-Mikrogele (PNIPAm-Mikrogele) eingebaut und die katalytische Aktivität in Lösung nachgewiesen wurde. Die Thioloxidation wurde als geeignete Modellreaktion identifiziert. Der Konzeptnachweis zeigte die katalytische Aktivität des entwickelten kolloidalen Katalysators an der 1-Octanol/Wasser Grenzfläche. Allerdings konnten wässrige Mikrogellösungen in der DMF-Plattform nicht manipuliert werden. Daher müssen das Gesamtprojektkonzept und die Messprotokolle modifiziert werden, um die katalytische Aktivität von Mikrogel-Katalysatoren an der Flüssig-Flüssig-Grenzfläche in Bezug auf Reaktionsausbeute, Selektivität und Reaktionskinetik systematisch zu untersuchen. Im einjährigen Folgeprojekt wird eine verbesserte Elektrodenanordnung entwickelt, die in der Lage ist, ein großes 1-Oktanoltröpfchen mit einem großen mikrogelhaltigen Wassertröpfchen zu verbinden und kleine 1-Oktanoltröpfchen mit Reaktionsprodukten für die GC-MS-Analyse zu extrahieren. Zudem wird eine transparente Indium-Zinnoxid-Elektrodenanordnung entwickelt, um mit einem faserbasierten UV-Vis-Spektrometer Diffusionsprozesse von spektroskopisch aktiven Thiolen, Disulfiden und Polymeren an der Grenzfläche zu untersuchen. Die Grenzflächeneigenschaften der katalytisch aktiven Mikrogele werden charakterisiert und die katalytische Leistung in Emulsionen analysiert. Die katalytischen Funktionalitäten der Mikrogele werden im Kern beziehungsweise in der Schale lokalisiert, um zu beurteilen, wie strukturelle Ver-änderungen die katalytische Aktivität an der Grenzfläche beeinflussen. Dieses Projekt soll neue und wichtige Einblicke in die Reaktionskinetik von kolloidalen Katalysatoren an der Grenzfläche nicht mischbarer Tröpfchen liefern. Es wird Screenings und Reaktionsprozesse mit hohem Durchsatz für industrielle Anwendungen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen