derzeit dienstlich:
Dr. Anke Schwarzer
Institut für Anorganische Chemie • TU Bergakademie Freiberg •
Leipziger Straße 29 • 09599 Freiberg
Telefon (0 37 31) 39-35 83 • E-Mail
[email protected]
Zusammenfassung Abschlussbericht
zur Verwendung auf der Internetseite der TU Bergakademie
Freiberg
TiO2-Tri-s-triazin-Komposite als Photokatalysatoren für die
Anwendungen im sichtbaren Licht
und
Darstellung neuartiger trigonaler oligofunktionalisierter
Amphiphile als Filmbildner
von
Dr. rer. nat. Anke Schwarzer
Diplom-Chemikerin
Im Rahmen des Mary-Hegeler-Stipendiums wurde das
Forschungsprojekt "TiO2-Tri-s-triazin-Komposite als
Photokatalysatoren für die Anwendungen im sichtbaren Licht"
zunächst näher bearbeitet. Inhalt des Vorhabens war die Entwicklung
und Synthese molekularer und polymerer TiO2-Partikel, die
photokatalytische Aktivität im sichtbaren Licht zeigen. Innerhalb
einer erfolgreich abgeschlossenen Masterarbeit [[endnoteRef:2]]
wurden thermische Umsetzungen z.B. mit Harnstoff, Melamin, Melamin
und Tri-chlortri-s-triazin durchgeführt. Die erhaltenen
Bulk-Materialien wurden in einer dafür aufgebauten Anlage
hinsichtlich der photokatalytischen Aktivität untersucht. [2: [] M.
Sonntag, Masterarbeit, TU Bergakademie Freiberg 2014.]
a) b)
Abbildung 1a) Prinzip der Photokatalyse an
Tri-s-triazin-modifiziertem TiO2; b) Schematischer Aufbau der
Anlage zur Untersuchung photokatalytischer Eigenschaften: Xe-Lampe,
UV-Filter, IR-Filter und Reaktionsküvette.
Wie sich herausstellte, ist der Einfluss der in der Anlage
verwendeten Bauteile ausschlaggebend für eine erfolgreiche
Katalyse. Daher lag der Schwerpunkt in der Optimierung dieser. Dazu
wurden zum einen Filter in Form, Größe und Material ebenso variiert
wie die Reaktionsküvette in Form, Größe, Material und Abstand zur
Lichtquelle oder die Leistung der Lichtquelle. Als
Photokatalysatoren wurden mit Tri-s-triazin modifizierte
TiO2-Pulver dargestellt und verwendet.[[endnoteRef:3]] [3: [] a) D.
Mitoraj, H. Kisch, Angew. Chem. 2008, 120, 10123-10126; b) D.
Mitoraj, R. Beránek, H. Kisch, Photochem. Photobiol. Sci. 2010, 9,
31-38.]
In einem weiteren Ansatz wurde ein neues Projekt mit dem Titel
"Darstellung neuartiger trigonaler oligofunktionalisierter
Amphiphile als Filmbildner" entwickelt. Dieses weist einen
anspruchsvollen, hohen organisch-synthetischen Anteil auf.
Gegenstand dieser Forschungsarbeit war die Synthese und
Charakterisierung neuartiger trigonaler Amphiphiler, um diese als
aktive Reagenzien bei der Flotation zur Abtrennung von Mineralien
aus ihren Erzen einzusetzen. Meist werden klassische Tenside
verwendet, um die hydrophoben Mineralien von den hydrophilen zu
trennen. Die Verwendung sogenannter Gemini-Tenside[[endnoteRef:4]]
optimiert diesen Prozess. Letztere weisen im Gegensatz zum
klassischen Tensid mindestens zwei Kohlenstoffketten auf.[3] Sie
besitzen ein anderes Aggregationsverhalten an den Grenzflächen
flüssig-fest und flüssig-gasförmig und weisen daher eine
100-1000fach größere Oberflächenaktivität auf. Daraus folgen eine
signifikant geringere kritische Mizellbildungskonzentration und
eine kleinere eingesetzte Stoffmenge. In vorangegangenen Arbeiten
zeigten trigonal substituierte Benzen-Derivate sehr gute
Ergebnisse.[[endnoteRef:5]] Daher waren im beantragten Projekt
Triazin und Tri-s-triazin als Bausteine vorgesehen. Diese bieten im
Gegensatz zu den Benzen-Derivaten veränderte elektronische
Eigenschaften. [4: [] F.M. Menger, J.S. Keiper, Angew. Chem. 2000,
112, 1980-1996; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2000, 39, 1906-1920.]
[5: [] P. U. Müller, Dissertation TU Bergakademie Freiberg
2002.]
Abbildung 2Konzept der supramolekularen Strukturbildung durch
Einsatz präorganisierter Sammlerstrukturen, sowie Darstellung der
Modells eines klassischen und der Gemini-Tenside.
Im Förderzeitraum des Mary-Hegeler-Stipendiums wurden hierzu
verschiedene Arbeiten durchgeführt.
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Knüpfungsreaktionen sind die Basis für die
Bildung der Zielmoleküle. An Modellverbindungen zeigte erstmalig
ein Student des Institutes für Anorganische Chemie, dass diese
Reaktionen am Tri-s-triazin möglich sind. Diese Arbeiten werden nun
in einer Masterarbeit fortgesetzt. Die Untersuchung der Experimente
erfolgte mittels NMR-Spektroskopie. Relevant ist nach erfolgter
Synthese auch die Untersuchung flotationsrelevanter Parameter.
Diese Untersuchungen beinhalten die Eigenschaften des Tensides in
Lösung, wie Oberflächenspannung und Benetzungswinkel. Auch die
Untersuchung monomolekularer Schichten auf Stabilität und
Topologie, sowie die Anwendung der erhaltenen Resultate auf feste
Substrate und die daraus resultierenden Eigenschaften, z.B.
Flotationsversuche komplementieren das Projekt.
Innerhalb des letzten Jahres, welches durch das
Mary-Hegeler-Stipendium finanziert wurde, konnten beide
Projektideen durch wesentliche Arbeiten entwickelt und
vorangetrieben werden. Vor allem aber die Bereitstellung und
Charakterisierung von flotationsaktiven Stoffen wird Gegenstand
weiterer Folgeprojekte sein. Da bisher keine Finanzierung hierfür
gefunden wurde, werden derzeit Konzepte ausgearbeitet, welche ein
Gemeinschaftsprojekt verschiedener Institute anstreben.
In internationalen Fachzeitschriften wurden während der
Förderperiode verschiedene publiziert. Abgesehen von jenen
Publikationen, die zu Beginn der Förderung bereits angenommen
waren, wurde in den Manuskripten auf die Förderung durch die TU
Bergakademie Freiberg durch das Mary-Hegeler-Stipendium verwiesen
(1.-6.).
Wissenschaftliche Veröffentlichungen im Förderungszeitraum
1. Lydia E.H. Paul, Ines C. Foehn, Anke Schwarzer, Erica
Brendler, Uwe Böhme, “Salicylaldehyd-(2-hydroxyethyl)imin – a
flexible ligand for group 13 and 14 elements”, Inorg. Chim. Acta
2014, eingereicht.
2. Birgit Meinel, Betty Günther, Anke Schwarzer, Uwe Böhme,
“Crystalline Aminoorganosilanes – Syntheses, Structures,
Spectroscopic Properties”, Z. Anorg. Allg. Chem. 2014, im Druck.
DOI: 10.1002/zaac.201300646.
Dedicated to Dr. Wilhelm Seichter on the Occasion of His 65th
Birthday.
3. Anke Schwarzer, Edwin Weber, “Penta- and decafluorinated
dibenzalacetones - synthesis, crystal structure and
co-crystallisation experiments“, Cryst. Growth Des. 2014, 14(5),
2335-2342. DOI: 10.1021/cg5000342.
Dedicated to Dr. Wilhelm Seichter on the Occasion of His 65th
Birthday.
4. Anke Schwarzer, Edwin Kroke,
"5,8-Bis(dipyridylamino)-s-heptazin-2-one dimethylsulfoxide
monosolvate dihydrate", Acta Crystallogr. 2014, E70, o456-o457.
DOI: 10.1107/S1600536814005698.
5. Anke Schwarzer, Edwin Weber, “Photochemical dimerization of a
fluorinated dibenzylideneacetone in chloroform”, Acta Crystallogr.
2014, C70(2), 202-206. DOI: 10.1107/S2053229613034232.
6. Anke Schwarzer, Lydia E. H. Paul, Uwe Böhme, “Enantiotropic
phase transition in a binuclear tin complex with an
O,N,O'-tridentate ligand”, Acta Crystallogr. 2013, C69(11),
1336-1339. DOI: 10.1107/S0108270113027194.
7. Anke Schwarzer, Tatyana Saplinova, Edwin Kroke
“Tri-s-triazines (s-Heptazines) – From a “Mystery Molecule” to
Industrially Relevant Materials”, Coord. Chem. Rev. 2013,
257(13-14), 2032-2062. DOI: 10.1016/j.ccr.2012.12.006.
8. Stefan Pfeifer, Anke Schwarzer, Dana Schmidt, Erica Brendler,
Michael Veith, Edwin Kroke “Precursors for pyromellit-bridged
silica sol-gel hybrid materials” New J. Chem. 2013, 37(1), 169-180.
DOI: 10.1039/C2NJ40538E.
Darüber hinaus wurden eigene Ergebnisse aus dem Bereich der
Tri-s-triazine auf einer wissenschaftlichen Konferenz im Rahmen
eines Posterbeitrages präsentiert.
Literatur
Seite 2 von 4