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Projekt
A-Azo: Optimierung der Energiespeicherung in Azobenzol-MOST-Systemen durch intra- und intermolekulare Wechselwirkungen
Antragsteller
Professor Dr. Hermann A. Wegner
Fachliche Zuordnung
Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496207555
Der Erfolg von Molekularen Solarthermiespeicher- (Molecular Solar Thermal Energy Storage - MOST)-Systemen ist unabdingbar mit der verwendeten lichtschaltbaren molekularen Einheit (Mostophor) verbunden. Es gibt mehrere Faktoren, die die Eigenschaften steuern, die direkt mit seiner MOST-Funktion korrelieren. Kritische Parameter sind unter anderem die Energiespeicherdichte, die Halbwertszeit oder die Übereinstimmung mit dem Sonnenspektrum. In diesem Antrag werden allgemeine Strategien zur Optimierung der MOST-Parameter für einen idealen Kandidaten am Beispiel von Azobenzolen untersucht: (1) Kombination mehrerer Mostophore in einem Molekül; (2) Stabilisierung des Speicherzustandes durch Folgereaktion; (3) Steuerung des MOST-Prozesses durch nicht-kovalente Wechselwirkungen. In (1) werden nicht nur mehrere Azobenzole miteinander verbunden, sondern auch andere Mostophore, die innerhalb der Forschungsgruppe FOR MOST untersucht werden. Hier sind die Azaborine besonders interessante Kandidaten, da sie eine (oder zwei) der Phenyleinheiten innerhalb des Azobenzols ersetzen können. Dies könnte möglicherweise zu einer drastischen Erhöhung der Speicherenergie führen und gleichzeitig die Absorption des Azaborins günstig in den sichtbaren Bereich verschieben. Je nach Anwendung sind unterschiedliche Speicherzeiten wünschenswert. Eine besondere Herausforderung stellt die Langzeitspeicherung dar. Wenn der Energieladevorgang des Mostophors mit einer Folgereaktion verbunden ist, die das MOST-System im Speicherzustand fixiert, könnte die Energie unendlich lange gehalten werden. Idealerweise verläuft auch die Folgereaktion unter photochemischen Bedingungen. Dieses Konzept soll in Teil (2) realisiert werden. Die Einführung zusätzlicher Gruppen zur Veränderung der MOST-Eigenschaften resultiert meist in verringerten Speicherdichten aufgrund des erhöhten Molekulargewichts. Daher werden in Teil (2) nicht-kovalente Wechselwirkungen untersucht, um die MOST-Eigenschaften für die verschiedenen Phasen des Energiespeicher- und -freisetzungsprozesses zu optimieren. In diesem Projekt stehen Design, Synthese und Analyse von MOST-Komponenten im Vordergrund. Die Flusschemie spielt dabei eine wesentliche Rolle und ermöglicht Synthesen im großen Maßstab zu Testzwecken, aber auch für Hochdurchsatzanalysen. Alle Teile des Antrags sind eng mit den anderen Projekten innerhalb der Forschungsgruppe vernetzt, z.B. durch Austausch von Verbindungen, Erfahrungen in Synthese (A-BN, A-Nor, B-Cat), Analysen (B-Spec, B-Surf), computergestütztes Design und Aufklärung von Mechanismen (D-Ground, D-Photo), sowie Testen in Proof-of-Concept-Modulen (D-Dev). Die gewonnenen Erkenntnisse werden neue grundlegende Einblicke in die organische Photochemie liefern, die von der Synthese über die Analyse bis hin zum mechanistischen Verständnis reichen. Dieses gemeinsam als Forschungsgruppe gewonnene Wissen wird es ermöglichen, die MOST-Technologie voran zu bringen und den Weg für praktische Anwendungen zu ebnen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
