Effekt von nanoporösem Confinement auf das Phasenverhalten wässriger Lösungen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Fröba; Professor Dr. Patrick Huber
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530248875

Der Einfluss eines Confinements in Nanoporen auf die grundlegenden Eigenschaften von kondensierter Materie sind zahlreich. Ein generelles Verständnis des Phasenverhaltens, der Dynamik und Transporteigenschaften von Flüssigkeiten im Nanoconfinement wurde in den letzten zwei Jahrzehnten durch eine Vielzahl von Studien erhalten, wobei der Fokus hierbei auf verschiedenen Aspekten wie z.B. der Kapillarkondensation, dem Gefrieren/Schmelzen, der Glasdynamik, der molekularen Diffusion und der Flüssigkeitsaufnahme lag. Jedoch ist bekannt, dass die klassische Beschreibung von reinen, einphasigen Flüssigkeiten im Confinement nicht auf das höhere Komplexitätsniveau von mehrphasigen Systemen gänzlich übertragen werden kann und dort versagt. So konnte z.B. kürzlich gezeigt werden, dass die klassische Thermodynamik bei der Kombination der Gesetze von Gibbs-Thomson und Raoult versagt, um das experimentell bestimmte Phasenverhalten von binären Lösungen im Nanoconfinement zu erklären. In diesem Zusammenhang ist das ultimative Ziel dieses Projektes, die verschiedene Phänomene aufzuklären und zu modellieren, die das Phasenverhalten (gasförmig/flüssig/glasartig/kristallin) von wässrigen Lösungen in nanoporösen Materialien diktieren. Dies erfordert das Adressieren wichtiger Aspekte, die die Struktur und Dynamik betreffen, die bisher nur eine sekundäre Rolle gespielt haben oder einfach nicht relevant für die bisherigen physikalischen Untersuchungen an einphasigen Flüssigkeiten im Confinement waren. Unser Projekt wird von sorgfälltig entworfenen, modernen porösen Materialien profitieren, die als Modellsysteme genutzt werden, um einen in- oder homogenen Charakter der Phasen im Confinement zu erzeugen und diesen zu kontrollieren. Dies wird es uns ermöglichen, Effekte von multimodalen Porengrößen wie sie in hierarchisch porösen Materialien vorliegen oder räumlich unterschiedliche Wechselwirkungen mit der Porenoberfläche wie sie in porösen Materialien mit alternierenden hydrophilen und hydrophoben Bereichen auftreten, zu untersuchen. Organische Moleküle, molekulare Ionen und anorganische Salze sollen als Gruppe von gelösten Stoffen mit kontrollierbarer Größe, Polarisierbarkeit und hydrophilem Charakter genutzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Laurent Joly; Dr. Denis Morineau; Dr. Olivier Vincent