Forschung

Unsere Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung neuer molekularer Systeme, Katalysatoren und Materialien für nachhaltige Syntheseverfahren, elektrochemische Energiespeicher und Recyclingprozesse. Dabei verbinden wir präparative organische und metallorganische Chemie mit spektroskopischen, elektrochemischen und quantenchemischen Methoden. Die heutigen Schwerpunkte bauen auf früheren Arbeiten zu chiralen ionischen Flüssigkeiten, campherbasierten Carbenen und funktionalisierten Kohlenstoffnanomaterialien auf. Untersuchungen zu ionischen und photoaktiven Molekülen, nachhaltiger Katalyse und kohlenstoffbasierten Materialien bildeten dabei den Ausgangspunkt für unsere aktuellen Projekte zur Photoredoxkatalyse, asymmetrischen NHC-Katalyse, elektrochemischen Energiespeicherung und Wiederverwendung von Batteriegraphit.

Wir entwickeln organische Photoredoxkatalysatoren und Photoredoxkatalysatoren auf Basis molekularer Metallkomplexe für die Aktivierung und selektive Funktionalisierung organischer Moleküle unter sichtbarem Licht. Hierzu gehören diquat- und viologenbasierte organische Photokatalysatoren ebenso wie bichromophore Rutheniumkomplexe. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der gezielten Einstellung der Redoxeigenschaften, der Absorption im sichtbaren Spektralbereich und der Lebensdauer photoangeregter Zustände. Die neuen Katalysatoren werden unter anderem für C–C-, C–N- und C–S-Bindungsbildungen sowie für die späte Funktionalisierung heteroaromatischer Verbindungen eingesetzt. Mechanistische Untersuchungen und quantenchemische Berechnungen unterstützen die Aufklärung der zugrunde liegenden Elektronen- und Energietransferprozesse und die rationale Weiterentwicklung der katalytischen Systeme.

Für wasserbasierte organische Redox-Flow-Batterien entwickeln wir gut wasserlösliche, elektrochemisch reversible und langzeitstabile redoxaktive Moleküle. Im Mittelpunkt stehen insbesondere viologenbasierte Negolyte, triarylaminbasierte bipolare Verbindungen und kationische Ferrocen-Derivate. Neben der Synthese neuer Elektrolytmoleküle untersuchen wir deren Redoxpotentiale, Diffusionskoeffizienten, Löslichkeit, chemische Stabilität und Verhalten unter praxisnahen Zellbedingungen. Ziel ist die Entwicklung sicherer und ressourcenschonender stationärer Energiespeicher auf der Basis organischer Materialien.

Ausgehend von Campher als preiswertem und gut verfügbarem Ausgangsstoff aus dem Chiral Pool entwickeln wir neue chirale N-heterocyclische Carbene und mehrzähnige NHC-Liganden. Durch zusätzliche Stickstoff-, Schwefel- oder Sauerstoffdonoren lassen sich die Koordinationseigenschaften und die räumliche Umgebung am Metallzentrum gezielt beeinflussen. Die entsprechenden Rhodium-, Ruthenium- und Kupferkomplexe werden in stereoselektiven und asymmetrischen katalytischen Reaktionen untersucht. Aktuelle Schwerpunkte bilden Rhodium(I)-katalysierte asymmetrische Ringöffnungen bicyclischer Alkene sowie kupferkatalysierte stereoselektive Hydrosilylierungs- und Aminosilylierungsreaktionen.

Wir untersuchen die Rückgewinnung und Weiterverwendung von Graphit aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien. Dazu gehören die Abtrennung und Reinigung von Anodengraphit, seine nichtkovalente und kovalente Funktionalisierung sowie die Exfoliation zu Materialien mit wenigen Graphenlagen. Der zurückgewonnene und modifizierte Graphit wird hinsichtlich seiner strukturellen, elektrochemischen und oberflächenchemischen Eigenschaften charakterisiert. Mögliche Anwendungen umfassen die Wiederverwendung als Anodenmaterial, den Einsatz in Lithium-Schwefel-Batterien und die Nutzung als funktionelles Kohlenstoffmaterial.

Ein weiterer Forschungsbereich betrifft chemische und katalytische Verfahren für das Recycling vernetzter Polymere und kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe. Ziel ist die Rückgewinnung hochwertiger Fasern und chemischer Bausteine unter möglichst milden und ressourcenschonenden Bedingungen.

Wir bedanken uns bei den unten aufgeführten Institutionen für die gegenwärtige oder frühere Förderung unserer Forschung.