Katalytische Depolymerisation von Polyethylen und Polypropylen zu den Monomeren Ethylen und Propylen
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es bimetallische Komplexe herzustellen, die auf dem Mabiq-Liganden basieren und zur Elektrokatalyse sowie Photokatalyse der Wasserstoffentwicklungsreaktion verwendet werden können. Der entstandene Wasserstoff wird als Speichermedium der dabei gewonnenen Sonnenenergie dienen. Solarenergie gilt als großer Hoffnungsträger in der Suche nach erneuerbaren Energiequellen, da sie bei Weitem ausreichen würde, die gesamte Erde mit ausreichend Energie zu versorgen. Durch die Produktion von Wasserstoff durch Photokatalyse wird klimaneutrale Energie gewonnen und damit der Ressourcenknappheit entgegengewirkt. Wasserstoff bietet sich besonders durch seine hohe gravimetrische Energiedichte als Speichermedium an. Die simultane Aufnahme energiereicher Photonen und der Herstellung von Wasserstoff löst dabei das Problem der temporären Energiespeicherung, welches sich häufig bei alternativen Energiequellen stellt.
Der porphyrinähnliche Mabiq-Ligand weist zwei Koordinationsstellen auf, welche im ersten Stadium des Forschungsvorhabens mit zwei unterschiedlichen Metallen besetzt werden sollen. Um besonders die zweite, weniger stark bindende, Koordinationsstelle zu optimieren sollen Veränderungen am Liganden vorgenommen werden. So können zum Beispiel weitere Donorgruppen hinzugefügt werden um für mehr Stabilität zu sorgen. Es können auch die dort situierten Phenylringe entfernt werden um größeren Übergangsmetallen ausreichend Platz zu bieten. Ist der Mabiq-Ligand optimiert wird die zweite Koordinationsstelle mit zur Photokatalyse fähigen Übergansmetallen, also Iridium und Ruthenium, besetzt werden. Die erste Koordinationsstelle wird mit Kobalt oder Eisen gefüllt um an dieser Stelle die Wasserspaltung zu katalysieren. Im weiteren Verlauf des Projekts sollen die Fähigkeiten der synthetisierten Komplexe erforscht werden. So sollen die Komplexe zunächst auf die reine Elektrokatalyse getestet werden um sie dann bei vielversprechenden Resultaten auf ihre photokatalytischen Fähigkeiten zu untersuchen. Die elektrochemischen Messungen werden mithilfe der Cyclovoltammetrie durchgeführt, die synthetisierten Komplexe werden jedoch auch näher untersucht werden um den Mechanismus der Photokatalyse dieser Komplexe im Detail zu verstehen. Die Messungen von Elektronenspinresonanz und die magnetische Suszeptibilität dienen zur Untersuchung von Interaktionen der unterschiedlichen Metalle, sowie der Metalle mit dem Liganden, respektive. Absorptionsspektren dienen zur Bestimmung des Absorptionskoeffizienten und auch der absorbierten Wellenlängen. Diese Analysen werden nicht nur die Entwicklung der Mabiq-Komplexe voranbringen sondern auch als Grundlage der Erforschung vieler anderer Katalysatoren dienen.
Das hier vorgeschlagene Projekt umfasst damit eine große Bandbreite der chemischen Fachrichtungen. Es reicht von der anorganischen Koordinationschemie der Übergangsmetalle, über die organische Synthese des Liganden, bis hin zur physikalisch-chemischen Charakterisierung der Komplexe. Durch die gelungene Kombination all dieser Bereiche soll ein Schritt in Richtung erneuerbarer sowie klimafreundlicher Energien und einer sauberen Umwelt gemacht werden, in welcher „Abgas“ nur mehr Wasserdampf ist.