Katalytische Mikrogel-Reaktionen an Grenzflächen nicht-mischbarer Tropfen

• Antragsteller: Professor Dr. Andrij Pich; Professor Dr.-Ing. Uwe Schnakenberg
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Mikrosysteme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492353574

Reaktionen in Multiphasensystemen können zu höheren Ausbeuten bei niedrigeren Katalysatormengen und geringerem Energieverbrauch führen, weil eine größere Oberfläche im Vergleich zu homogenen Systemen zur Verfügung steht. Die Erforschung von katalytischen Reaktionen an Grenzflächen von Emulsionen ist für die Grundlagenforschung als auch für in-dustrielle Anwendungen von großem Interesse. Der Hauptfokus dieses Antrags liegt in der Untersuchung der katalytischen Aktivität von oberflächenaktiven Mikrogel-basierten Katalysatoren an der Grenzfläche von zwei nicht-mischbaren Lösungen mit Hilfe einer digitalen Mikrofluidik (DMF) Plattform. DMF ist ein wirkungsvolles Werkzeug, um definierte Grenzflächen zu erzeugen und Grenzflächenreaktionen auf Tropfenebene zu untersuchen. Eine Reihe von Mikrogel-basierten Katalysatoren mit definierter Größe, Vernetzungsdichte sowie einstellbaren Mengen und Lokalisation von Organo-Katalysatoren werden synthetisiert und charakterisiert. Die DMF Plattform ermöglicht die Ausbildung von Modellgrenzflächen von zwei nicht-mischbaren Tropfen und die Lokalisierung der Mikrogele an der erzeugten Grenzfläche. Durch die Verwendung dieser Technologie wollen wir das Folgende untersuchen: (a) Grenzflächenreaktionen von zwei nicht mischbaren Tropfen im stationären Zustand, (b) die Be-stimmung der Reaktions-, bzw. Inkubationszeiten bei zeitveränderlicher Erzeugung der Grenzfläche, (c) die Separation von Tropfen, die Reaktionsprodukte beinhalten, ohne irgend-welche Rückstände an der Grenzfläche, (d) Kaskadenreaktionen, (e) Analyse einzelner Tropfen sowie der Grenzfläche. Die DMF Plattform wird für systematische Studien verwen-det, um die katalytische Aktivität von Mikrogel-basierten Katalysatoren an der Flüssig-Flüssig-Grenzfläche zu charakterisieren. Spezieller Fokus liegt auf der Reaktionsausbeute, der Se-lektivität bei Aldol- und Oxidationsreaktionen. Das Projekt wird neue und wichtige Erkenntnisse zum Mechanismus, den physikalischen und chemischen Phänomenen als auch der Kinetik von Mikrogel-basierten Katalysatoren an der Grenzfläche nicht-mischbarer Tropfen erzielen. Weiterhin ermöglicht das Projekt die Entwicklung einer flexibel konfigurierbaren mikrofluidischen Plattform für das Hochdurchsatz-Screening von industriell relevanten chemischen Prozessen im heterophasen Systemen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Ukraine
• ausländischer Mitantragsteller: Dr. Roman Nebesnyi