Optimierung der elektrochemischen C–C-Bindungsspaltung durch Grenzflächengestaltung

• Antragstellerin: Dr. Sonja Mürtz
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 577407499

Das Vorhaben zielt darauf ab, neuartige elektrochemische Methoden zur selektiven Spaltung von Kohlenstoff–Kohlenstoff-Bindungen (C–C) zu entwickeln, um Kunststoffe chemisch zu recyceln und damit eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft zu fördern. Bisher konzentrieren sich elektrochemische Recyclingansätze überwiegend auf die Spaltung von C–O-Bindungen; eine direkte, effiziente C–C-Spaltung zur Depolymerisation gängiger Kunststoffe ist weitgehend unerforscht. Die Antragstellerin knüpft an ihre Erfahrung in der Glycerin-Elektrooxidation an, bei der C–C-Spaltung beobachtet wurde, sowie an erste Ergebnisse zur elektrochemischen Depolymerisation von Polymeren. Ausgangspunkt sind systematische Untersuchungen mit Ethylenglykol als einfachem Modellmolekül. Durch Variation von Elektrodenmaterial, Potential, pH-Wert, Temperatur und Konzentration sollen optimale Bedingungen für die oxidative C–C-Spaltung ermittelt werden; die Ausbeute an Ameisensäure dient als zentrale Kenngröße. Zudem werden strukturelle Variationen und funktionelle Gruppen nahe der C–C-Bindung untersucht, um die Reaktionsmechanismen zu verstehen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend auf Polymere übertragen, beginnend mit Polyvinylalkohol aufgrund seiner strukturellen Nähe zu Ethylenglykol und guten Wasserlöslichkeit, später auf weitere Polymere wie Polyglycolid und Polymilchsäure. Herausforderungen wie eingeschränkter Stofftransport, geringe Löslichkeit und konkurrierende Nebenreaktionen sollen durch gezieltes Elektrolyt- und Grenzflächendesign gelöst werden. Im Fokus steht die Optimierung der Elektrode–Elektrolyt-Grenzfläche zur Verbesserung des Polymerkontakts, Unterdrückung der Wasserspaltung und Steigerung der Selektivität. Dazu werden Kationen, Anionen und deren Konzentrationen systematisch variiert sowie organische Additive wie Tenside oder molekulare Modifikatoren getestet. Mechanistische Einblicke liefern in-situ-Methoden wie ATR-SEIRAS und EQCM-D, die Adsorption, Grenzflächenstruktur und Intermediate analysieren. Das Projekt verbindet grundlegende Mechanistikstudien mit angewandten Recyclingstrategien und erweitert die elektrochemischen Methoden für das Recycling von Kunststoffen ohne hohe Temperaturen oder fossile Reagenzien. Das Projekt wird von einer umfangreichen elektrochemischen Ausstattung und fachkundiger Betreuung profitieren und so das Ziel der Antragstellerin unterstützen, ein unabhängiges Forschungsprofil aufzubauen und eine eigene Forschungsgruppe in Deutschland zu etablieren.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Gastgeberin: Professorin Dr. Maria R. Lukatskaya