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Grundlagenforschung

Stärkste Base ihrer Art soll Fortschritte bei der Elektromobilität ermöglichen

| Redakteur: Alexander Stark

Eine Forschungsgruppe an der Philipps-Universität Marburg hat die stärkste metallfreie, ungeladene Base hergestellt, die bislang bekannt ist. Das Team verspricht sich davon neue Möglichkeiten für die Elektromobilität, etwa beim Einsatz in Brennstoffzellen, und in anderen katalytischen Prozessen.

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Der Marburger Chemiker Sebastian Ullrich präsentiert eine isolierte Probe seiner Superbase in einem Handschuhkasten, der mit Stickstoff als Schutzgas gefüllt ist.
Der Marburger Chemiker Sebastian Ullrich präsentiert eine isolierte Probe seiner Superbase in einem Handschuhkasten, der mit Stickstoff als Schutzgas gefüllt ist.
(Bild: Jörg Sundermeyer)

Marburg – Das Konzept der Säuren und Basen zählt zu den Fundamenten der Chemie, die schon in der Schule gelehrt werden. Jörg Sundermeyer lehrt Chemie an der Philipps-Universität Marburg. Er erläutert, dass sich Säuren und Basen wie zwei extreme Gegenspieler verhalten, die einander neutralisieren, wenn sie aufeinander treffen, wobei Energie frei wird. Sundermeyer ist mit seinem Team der grundlegenden Frage nachgegangen, wie wohl die stärksten Vertreter aller bekannten ungeladenen Säuren und Basen in den schier unendlichen Welten der Chemie aussehen müssten.

In den vergangenen Jahren wurden ungeladene organische Superbasen zu wichtigen Werkzeugen für die Synthese und Katalyse. Sie beruhen meist auf dem Element Stickstoff. Auf diesen Vorarbeiten aufbauend, nutzte Sundermeyers Mitarbeiter Sebastian Ullrich entgegen der gängigen Lehrbuchmeinung das Element Phosphor als Zentralatom einer potenziellen Base. „Zu unserer Überraschung können durch diesen Trick die bislang stärksten metallfreien Stickstoffbasen um mehr als eine Größenordnung auf der Basizitätsskala übertroffen werden“, berichtet Ullrich, der seine Doktorarbeit in Sundermeyers Arbeitsgruppe anfertigt.

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Sundermeyer ergänzt, dass die Wechselwirkung von Phosphor als Zentralatom mit Protonen und Metallkationen selbst extrem schwacher Säuren dermaßen stark sei, dass diese nicht mehr aus der Umklammerung loskommen. Darauf beruhe die Eignung dieser Moleküle als Bestandteil von Katalysatoren, wie sie für technische Anwendungen gefordert sind – etwa bei der Entwicklung von Brennstoffzellen, die in Elektroautos zum Einsatz kommen. Noch am Tag der Online-Vorveröffentlichung wurde die gesamte Verbindungsklasse der sogennanten Phosphazenylphosphine und ihrer Komplexe mit Metallen daher auch zum Patent angemeldet. Dem Hochschullehrer zufolge haben extrem starke, metallfreie organische Basen große Bedeutung für die Entwicklung nachhaltiger, ‚grüner‘ Chemie“ - sei es in der abfallfreien Katalyse chemischer Reaktionen oder bei der Bewältigung der Energiewende. Ein anderes Patent aus Sundermeyers Marburger Labor hat es bereits in die industrielle Produktion von Halbleitermaterialien für Solarzellen und LEDs geschafft.

Vor Jahresfrist synthetisierte Sundermeyers Labor bereits die stärkste ungeladene Säure.

Originalveröffentlichungen: Sebastian Ullrich & al.: Phosphazenyl phosphines PAP: The most electron rich uncharged phosphorus Brønsted and Lewis bases, Angewandte Chemie 2019; Julius Kögel & al.: The Lewis superacid Al[N(C6F5)2]3 and its higher homolog Ga[N(C6F5)2]3, Chemical Science 2018, 9, 245 – 253; DOI: 10.1039/C7SC03988C

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