Ziel ist es, Energie in einzelnen Mikrogelen zu speichern, die auf Kern-Schale-Strukturen basieren und in den verschiedenen Mikrogeldomänen unterschiedliche elektroaktive Gruppen tragen. Kern und Schale bestehen aus thermoresponsiven Polymeren, welche bei Temperaturerhöhung kollabieren und bei Temperaturerniedrigung unter die Übergangstemperatur quellen. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Ladungsaustausch im kollabierten Zustand aufgrund der beschränkten Netzwerkdynamik eingeschränkt ist, während im gequollenen Zustand die Energiefreisetzung begünstigter abläuft. Durch gezielte Variation der Temperatur könnte so die Freisetzung von Energie gesteuert werden. Die Energiefreisetzung wird zunächst in Form von Wärme gemessen.
In einem ersten Schritt werden die gleichen elektroaktiven Gruppen wie in den Mikrogelen in Polymere mit unterschiedlichen Architekturen eingebettet. Die Wärmefreisetzung bei Elektronenaustausch zweier entgegengesetzt geladener elektroaktiver Gruppen wird mittels Isothermer Titrationskalorimetrie (ITC) gemessen.
Synthese
Herstellung verschiedener Polymergerüste auf Basis von NIPAM und Acrylsäure
Aus den Monomeren NIPAM und Acrylsäure werden Copolymere mit verschiedenen Architekturen hergestellt. NIPAM sorgt dabei für die Thermoresponsivität des Polymers. An den Acrylsäuregruppen findet im nächsten Schritt die Modifizierung mit elektroaktiven Gruppen statt.
Modifizierung der Polymere mit elektroaktiven Gruppen
Charakterisierung
Isotherme Titrationskalorimetrie (ITC)
Mittels ITC werden die die Wärmemengen gemessen, die bei Ablauf der Redoxreaktionen freiwerden, beispielsweise bei der Reaktion von Lösungen von oxidierten TEMPO- und reduzierten Viologenderivaten. Hierbei werden Unterschiede in den Signalintensitäten und –formen in Anhängigkeit von der Zugänglichkeit der elektroaktiven Gruppen an den jeweiligen Polymergerüsten erwartet.
Verwendete Methoden zur Charakterisierung der Polymere
- Strukturaufklärung: NMR-Spektroskopie, Elementaranalyse, ESR-Spektroskopie
- Bestimmung der Molekülgröße: GPC, DLS
- Untersuchung der thermoresponsiven Eigenschaften: DSC
- Elektrochemische Untersuchungen: Cyclovoltammetrie
- Weitere Methoden: SAXS, Bestimmung des Zetapotentials, AFM
Themen für Graduierungsarbeiten
- Synthese und Charakterisierung thermoresponsiver Polymere mit elektroaktiven Gruppen
- Weitere Themen auf Anfrage möglich
Ansprechpartner
- Prof. Dr. Florian Mertens (E-Mail: Florian [dot] Mertens [at] chemie [dot] tu-freiberg [dot] de (Florian[dot]Mertens[at]chemie[dot]tu-freiberg[dot]de))
- M.Sc. Annika Böhle (E-Mail: Annika [dot] Boehle [at] chemie [dot] tu-freiberg [dot] de (Annika[dot]Boehle[at]chemie[dot]tu-freiberg[dot]de))