Theoretische Beschreibung von Kernquanteneffekten in photokatalytischen Reaktionen

• Antragstellerin: Dr. Eva Von Domaros
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391320977

In diesem Projekt möchte ich mich der theoretischen Untersuchung von Photosäuren zum Einsatz in Wasseraufbereitungsanlagen widmen. Laut Informationen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) haben nur 91 % der Weltbevölkerung Zugang zu sauberem Trinkwasser (Stand 2015 [http://apps.who.int/mediacentre/factsheets/fs391/en/index.html]). Weltweit haben 1,8 Milliarden Menschen lediglich kontaminiertes Wasser zur Verfügung, wodurch Krankheiten wie Diarrhö, Cholera, Typhus oder Polio übertragen werden können. Jährlich sterben Schätzungen der WHO zufolge über 500.000 Personen an Durchfallerkrankungen, die auf kontaminiertes Trinkwasser zurückzuführen sind. Auch nach humanitären Katastrophen ist eine ausreichende medizinische Versorgung ohne sauberes Trinkwasser schwierig bis unmöglich.Ziel dieses Projektes ist es, solche Verbindungen vorzuschlagen, die die Entsalzung von Meerwasser nur auf der Grundlage von Sonnenlicht in zukünftigen Aufbereitungsanlagen ermöglichen sollen. Um dem Salzwasser die Ionen zu entziehen, bedarf es einer Triebkraft, welche in diesem Fall chemisch durch Photosäuren erzeugt werden soll. Photosäuren sind schwache Säuren, die sich unter Einstrahlung von Sonnenlicht in um ein Vielfaches stärkere Säuren umwandeln. Solche Ionenaustauscher könnten zur unkomplizierten Trinkwassergewinnung aus Meerwasser eingesetzt werden, da sie neben der Photosäure lediglich Sonnenlicht benötigen und somit auf keine vorhandene Infrastruktur angewiesen sind. Dadurch könnte das immense Problem der Trinkwasserbereitstellung in Entwicklungsländern oder bei humanitären Katastrophen gelöst werden.Die Untersuchung der Prozesse in der Photosäure nach Lichteinstrahlung soll mit theoretischen Modellen erfolgen. Die Berücksichtigung quantenmechanischer Effekte ist dabei nicht nur für die Elektronen, sondern auch für die Beschreibung leichter Atome notwendig. Hierfür muss ein neues theoretisches Modell entwickelt werden, welches die dynamische Simulation der elektronischen Struktur und der Kerne unter Berücksichtigung quantenmechanischer Effekte erlaubt. Mit dieser theoretischen Methode sollen anschließend eine Auswahl möglicher Photosäuren simuliert und auf ihre potentielle Anwendung in solchen Ionenaustauschern untersucht werden.Durch den Vergleich mit experimentellen Daten von Kollaborationspartnern sollen sowohl die theoretischen Methoden validiert als auch die erhaltenen Ergebnisse überprüft werden. In einer weiteren Kooperation sollen erfolgversprechende Photosäuren in ersten Anwendungen getestet werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Filipp U. Furche