Doppelte DFG-Förderung: BTU untersucht Materialsynthese bei tiefen und hohen Temperaturen

Neue Materialien, die das Element Tellur enthalten, sind vor allem für die Energiekonversion, zum Beispiel in Thermoelektrika, gefragt. Auf der Suche nach effizienten Synthesemethoden kann das Fachgebiet Anorganische Chemie von Prof. Dr. Peer Schmidt mithilfe zweier DFG-Förderungen nun ganz unterschiedliche Ansätze untersuchen. In einem ersten Projekt im DFG-Schwerpunktprogramm »Materialsynthese nahe Raumtemperatur« untersucht die Arbeitsgruppe am Standort Senftenberg Reaktionsmechanismen unter Verwendung von Ionischen Flüssigkeiten als innovative Lösungsmittel. Diese Reaktionen finden bei niedrigen Temperaturen – eben bereits nahe Raumtemperatur statt. Das zweite DFG-Projekt adressiert die Mechanismen zur Phasenbildung und Kristallisationsprozesse bei hohen Temperaturen – bis zu 1200 Grad Celsius. Beide Projekte werden insgesamt mit einer Summe von 410.000 € gefördert.

Die Nutzung von Ionischen Flüssigkeiten (engl. Ionic Liquids) ist eine erfolgversprechende Option für besonders energie- und ressourceneffiziente chemische Synthesen. Die salzartigen Verbindungen weisen sehr niedrige Schmelztemperaturen auf und liegen oftmals schon bei Raumtemperatur als polare Flüssigkeiten vor. Durch gezielte Variation der chemischen Zusammensetzung sind die Eigenschaften zudem modifizierbar. Damit bieten Ionische Flüssigkeiten ideale Voraussetzungen für den Einsatz als Designer-Lösungsmittel bei der Niedertemperatur-Materialsynthese. Obwohl bereits eine Vielzahl von Synthesen verschiedener Materialklassen (Metalle, Legierungen, Halbleiter, Hartstoffe, Funktionswerkstoffe) bekannt ist, ist das Verständnis der Reaktionspfade und Mechanismen der chemischen Stoffwandlung und Produktbildung noch wenig ausgeprägt. Hier liegt die Expertise der Arbeitsgruppe von Peer Schmidt. Durch thermochemische Charakterisierung von Reaktionsabläufen und die Bestimmung thermischer Stabilitäten von Materialien der Tieftemperatursynthesen sollen Prinzipien für eine rationale Syntheseplanung vor allem für Elemente und Verbindungen der Gruppen 15 und 16 des Periodensystems der Elemente erarbeitet werden.

Für eine rationale Syntheseplanung bei hohen Temperaturen setzen die Senftenberger Chemiker zunächst Verfahren der thermochemischen Modellierung ein. Die Anwendung von Rechenprogrammen nach der CalPhaD(CALculation of PHAse Diagrams)-Methode ermöglicht eine effiziente Versuchsplanung und -optimierung. Damit wird das Ziel verfolgt, nicht nur energieeffiziente Materialien herzustellen, sondern bereits im Forschungsprozess eine effiziente und ressourcenschonende Planung und Umsetzung der Synthese und Charakterisierung der Verbindungen unter Vermeidung von „trial-and-error-Verfahren“ zu realisieren. In dem DFG-Projekt sollen neue Verbindungen der Seltenerdmetall-Telluride zugänglich gemacht und physikalisch charakterisiert werden. In einer Kooperation mit der TU Dresden werden die Wissenschaftler in Senftenberg vor allem Methoden zur Kristallzüchtung der neuen Materialien etablieren und optimieren.

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