NSF-DFG Echem: Strategien zur Überwindung der gegenwärtigen Beschränkungen der reduktiven elektrosynthetischen Umwandlungen in wässrigen Medien

• Antragsteller: Professor Dr. Siegfried R. Waldvogel
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460155133

In diesem Projekt stellen wir hochgradig disruptive Konzepte vor, um die schwerwiegenden Mängel der Wasserstoffentwicklung und der kathodischen Korrosion bei der reduktiven organischen Elektrosynthese zu beheben. Indem wir uns auf kationische Wasserstoffinhibitoren und unkonventionelle Kathodenmaterialien konzentrieren, werden wir sowohl behindernde Probleme effizient angehen, als auch die breitere Implementierung dieser inhärent grünen Technik ist möglich. Beide individuellen Konzepte liegen jenseits der derzeitigen Spitzenposition in der organischen Elektrosynthese an sich. Die einzelnen komplementären Ansätze können jedoch fruchtbar miteinander kombiniert werden, was weitreichende Auswirkungen auf die Chemie, den Maschinenbau und die chemische Industrie haben wird.Unser Ziel mit den neuartigen kationischen Wasserstoffinhibitoren ist es, die Überspannung für die Wasserstoff-Evolutions-Reaktion selektiv zu erhöhen, was es uns erlaubt, Reaktionen durchzuführen, die mit den derzeit modernsten Methoden unzugänglich sind. Die Schönheit unseres Konzepts liegt in der Tatsache, dass wir diese kationischen Wasserstoffinhibitoren entweder als Additive verwenden oder geeignete Elektrodenmaterialien (elektro)beschichten können. Dadurch wird eine ebenso hohe Flexibilität gewährleistet, wie auch die organischen kationischen Inhibitoren für spezifische Anforderungen maßgeschneidert werden können. Wir werden uns auch auf chirale Additive und Magnetfelder konzentrieren. Bei ersteren setzen wir chirale kationische Inhibitoren ein, die sterogene Informationen auf verschiedene Substrate übertragen können und gleichzeitig die schädliche Wasserstoffentwicklung und kathodische Korrosion unterdrücken. Bei letzterem führen die kumulativen Wirkungen elektrischer und magnetischer Felder zu einer dichteren Dekoration der Kathode, was die positive Wirkung der kationischen Wasserstoffinhibitoren noch verstärkt. Die genannten Unzulänglichkeiten können aus einer anderen Perspektive angegangen werden, indem unkonventionelle Materialien wie Ga/In-Mischungen, ternäre Legierungen aus Zink und Blei, Wismut und Wismutlegierungen als Kathoden verwendet werden. Sie zeichnen sich in vielen Aspekten aus. Beispielsweise weisen sie zwar hohe Wasserstoffüberpotentiale auf, weisen aber zum Teil höhere Biokompatibilitäten oder erhöhte Beständigkeiten gegenüber kathodischer Korrosion auf als die zeitgenössischen Alternativen, die häufig in der reduktiven Elektrochemie verwendet werden. In allen Fällen ist ihre Leistung in der organischen Elektrosynthese noch nicht vollständig aufgeklärt, und es ist plausibel, dass dadurch neue Wege für die organische Elektrosynthese eröffnet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Partnerorganisation: National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jean-Philippe Tessonier