Stickstofffixierung, (Elektro)Reduktion und Funktionalisierung basierend auf Siliciumsystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Drieß
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535153786

Stickstofffixierung und Reduktion basierend auf nichtmetallischem und nichttoxischem Silicium, dem zweithäufigsten Element der Erdkruste, ist bisher unbekannt. Die Entwicklung eines molekularen siliciumbasierten Systems für die direkten Umwandlung von Stickstoff in eine Wertschöpfungskette ist eine große Herausforderung in der Grundlagenforschung und könnte die Siliciumchemie in den Bereich der Stickstoffökonomie aufsteigen lassen. Zu diesem Zweck werden wir die erste Serie von Bis(silylenen) mit reduzierbaren kooperativen divalenten Siliciumatomen synthetisieren, die unter milden Reaktionsbedingungen molekular und elektrochemisch in der Lage sind, Distickstoff zu fixieren, zu reduzieren und zu funktionalisieren. Das besondere Merkmal der neuen Bis(silylene) besteht darin, dass jedes Si(II) Atom von einem redoxschuldigen chelatisierenden Phenalenyl (PLY) Liganden koordiniert ist, der extra Elektronen in seinen nichtbindenden Orbitalen aufnehmen kann, die eine Elektronentransfer zum N2 erleichtern. Darüber hinaus sind die Bis(PLY-silylen) Gruppen an verschiedene molekulare Abstandshalter angeknüpft, darunter solche, die neutrale Si(II) Lewis-saure oder -supersaure polykationische Si(IV) Zentren besitzen, die eine terminale N2Si Fixierung im Vorfeld der N2 Reduktion begünstigen. Die Befähigung von PLY zur redoxschuldigen und reversible Elektronenspeicherung wird auch als ein Schlüssel zur kovalenten Verknüpfung der Bis(PLY-silylene) an reduziertes Graphenoxid (rGO) zu erreichen; letztere Kompositmaterialien sollen an Graphitelektronen angeheftet werden, um eine elektrochemische Zelle zur N2 Reduktion und nachfolgende Funktionalisierung der reduzierten N-Spezies mit maskierten organischen Elektrophilen R+ zu ermöglichen, die in Tetraorganoammonium-haltigen Elektrolyten vorhanden sind.

• DFG-Verfahren: Reinhart Koselleck-Projekte