Molekularniveau Einblick in die thermische Stabilität von ionischen Flüssigkeiten

• Antragsteller: Professor Dr. Kai Leonhard, seit 1/2019; Dr. Dzmitry Zaitsau
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407078203

Ionische Flüssigkeiten werden als potenzielle neuartige Lösungsmittel und Reaktionsmedien in Erwägung gezogen. Für eine korrekte ökonomische Bewertung ihrer potenziellen Anwendung im Großmaßstab bei erhöhten Temperaturen sind genaue Kenntnisse über die thermische Stabilität von ionischen Flüssigkeiten erforderlich. Die Zersetzungskinetik sowie mögliche Zersetzungsmechanismen und -produkte liefern entscheidende Informationen zur Beschreibung der thermischen Stabilität. Die meisten verfügbaren experimentellen Untersuchungen zur Bestimmung der thermischen Stabilität von ionischen Flüssigkeiten wurden mit schneller thermogravimetrischer Messtechnik durchgeführt. Die resultierenden "Zersetzungstemperaturen", die Zersetzungsgeschwindigkeitskonstanten und die Aktivierungsenergien widerspiegeln gleichzeitig die Verdampfung und Zersetzung einer ionischen Flüssigkeit. Die nachfolgende Abschätzung der Zersetzungskinetik, Raten und Pfade aus solch unzuverlässigen Daten ist für die Beschreibung der tatsächlichen thermischen Stabilität von ionischen Flüssigkeiten ungeeignet. Ein weiteres Problem ist die Auswertung theoretisch möglicher Zersetzungsmechanismen und deren Charakteristik. Die meisten theoretischen Studien verwenden die Dichtefunktionaltheorie, um die Energiedifferenzen in der Gasphase bei 0 K zu berechnen. Eine solch vereinfachte Modellierung ist sehr weit von den tatsächlichen Temperatur- und Phasenbedingungen der Zersetzung ionischer Flüssigkeiten entfernt.In diesem Projekt möchten wir Experimente entwickeln und verbessern, mit welchen die Kinetik der Zersetzungs- und Verdampfungsprozesse besser unterschieden und quantifiziert werden kann. Außerdem möchten wir auf molekularer Ebene einen tieferen Einblick in die thermisch initiierten Zersetzungspfade gewinnen, deren Geschwindigkeitskonstanten und Aktivierungsenergien unter Verwendung statischer und dynamischer theoretischer Methoden berechnet werden sollen. Der wesentliche Teil dieser theoretischen Analyse ist die Auswertung der kinetischen Parameter in der Flüssigphase und an der Grenzfläche zwischen Gas- und Flüssigphase. Durch diese Verbesserungen der experimentellen und theoretischen Beschreibung werden die Ergebnisse der Zersetzungskinetik erst miteinander vergleichbar.Als Ergebnis des Projektes werden zuverlässige und verifizierte experimentelle und theoretische Daten und Protokolle verwendet, um einfache Vorhersagemethoden vorzuschlagen. Diese ermöglichen eine quantitative Beschreibung der Zersetzungs- und Verdampfungsraten, um eine zuverlässige Beurteilung der thermischen Stabilität von ionischen Flüssigkeiten zu gewährleisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Dzmitry Firaha, bis 1/2019