Komplexbildung bei der elektrochemischen Metallabscheidung - eine theoretische Studie

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Schmickler
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 355641096

Die Abscheidung von Metallen ist ein grundlegender elektrochemischer Prozess von großer praktischer Bedeutung. Auf der atomaren Ebene war die Kinetik dieser Klasse von Reaktionen bis vor kurzem völlig unverstanden, so dass manche Kollegen vom Rätsel der Metallabscheidung sprachen. Die Antragsteller haben dieses Rätsel für die Abscheidung kleiner, einwertiger Metallionen aus wässriger Lösung gelöst, aber mehrwertige Ionen bleiben ein Rätsel. Aus energetischen Gründen kann bei jedem Teilschritt nur ein Elektron übertragen werden, aber die Energien der Zwischenzustände sind fast immer so hoch, dass der erste Elektronenübergang nur extrem langsam abliefe. Zahlreiche Experimente weisen darauf hin, dass die Energie der Zwischenzustände durch die Bildung von Metallkomplexen, vor allem Ionenpaare mit Anionen, gesenkt wird. Wir planen, diesen Mechanismus durch eine Kombination von Dichtefunktionaltheorie, Molekulardynamik, und unserer eigenen Theorie zu untersuchen, wobei letztere um die Effekte der Komplexbildung erweitert werden muss. Nichtwässrige Lösungen bieten ein größeres Potentialfenster für die Metallabscheidung als Wasser, und spielen bei Batterien eine wichtige Rolle. Deswegen werden sie im Zentrum unserer Untersuchungen stehen.Wir werden mit der relativ einfachen Abscheidung des einwertigen Lithium-Ions beginnen, und uns dann schwierigeren Reaktionen zuwenden wie der Kupfer-Abscheidung, und insbesondere der Abscheidung des Magnesiums aus Äther-Lösungen, einem Prozess der für Magnesium-Batterien von grundlegender Bedeutung ist. Während des Projektes arbeiten wir mit einer international höchst angesehenen Gruppe zusammen, die diese Prozesse experimentell untersucht. Wir erwarten, dass unsere Untersuchungen zu einem fundamentalem Verständnis dieser Klasse von Reaktionen führt, die zur Zeit im Zentrum der Batterieforschung steht. Die beiden Antragsteller arbeiten seit mehr als zehn Jahren zusammen und bilden ein erfahrenes, gut eingespieltes Team, das sich gut ergänzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Argentinien
• Partnerorganisation: Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; MINISTERIO DE CIENCIA, TECNOLOGÍA E ; INNOVACIÓN PRODUCTIVA
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Paola Quaino