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 Anke.Schwarzer@chemie.tu-freiberg.de

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

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