Hauptthema der Arbeit ist die Synthese und Charakterisierung einer Reihe von Ionischen Flüssigkeiten (Ionic Liquids, ILs) auf der Basis von gemischten Fluoroborat-Anionen, die sowohl Fluor- wie auch organische Sauerstoff-Liganden am Bor-Zentralatom tragen. Dazu wurden verschiedene teils neue ILs mit unterschiedlichen gemischten Fluoroborat-Anionen hergestellt, wofür ein neues, einfach und ...
Zusammenfassung (Deutsch)
Hauptthema der Arbeit ist die Synthese und Charakterisierung einer Reihe von Ionischen Flüssigkeiten (Ionic Liquids, ILs) auf der Basis von gemischten Fluoroborat-Anionen, die sowohl Fluor- wie auch organische Sauerstoff-Liganden am Bor-Zentralatom tragen. Dazu wurden verschiedene teils neue ILs mit unterschiedlichen gemischten Fluoroborat-Anionen hergestellt, wofür ein neues, einfach und vielseitig anwendbares Syntheseverfahren entwickelt worden ist. Neben dem Aspekt der Grundlagenforschung geschah dies auch in Hinblick auf die mögliche elektrochemische Anwendung der Salze, z. B. als Elektrolyte für Doppelschichtkondensatoren oder in Form der Lithiumsalze für Lithium-Ionen-Batterien. Die Synthese erfolgte aus den entsprechenden Tetrafluoroborat-Salzen und den Trimethylsilylestern der einzuführenden Liganden unter milden Bedingungen und mit praktisch quantitativer Ausbeute. Gegenüber den bisherigen Methoden hat dies den Vorteil, dass damit die gewünschten ILs in höherer Reinheit und insbesondere chloridfrei dargestellt werden können. Mit Hilfe der neuen Methode wurde eine Reihe von ILs mit gemischten Fluoroborat-Anionen hergestellt, mit einzähnigen Liganden (Acetat und Trifluoracetat) und zweizähnigen Liganden (Oxalat und Malonat). Es ergeben sich unterschiedliche Anionen-Produktverteilungen, insbesondere bei den einzähnigen Liganden. Die Hauptprodukte sind dabei Difluoro-bis(acetato)borat, Difluoro-bis(trifluoacetato)borat, Difluoro-mono(oxalato)borat und Difluoro-mono(malonato)borat. Als Kationen kamen Ethyl-methylimidazolium, Butyl-methylimidazolium, Tetraethylammonium und auch Lithium zum Einsatz. Die bei Raumtemperatur flüssigen ILs wurden dann charakterisiert durch thermische Analysen (Glasübergangstemperaturen, Schmelzpunkte, Zersetzungstemperaturen), physikalisch-chemische Messungen (Dichte, Leitfähigkeit und Viskosität jeweils temperaturabhängig) und der Untersuchung sonstiger chemischer Eigenschaften (Anionen-Produktverteilung, Hydrolyseverhalten in Wasser, elektrochemische Stabilität). Aus den Viskositäts- und Leitfähigkeitsdaten wurde deren Korrelation und die Fragilität der ILs ermittelt. Die Untersuchungen wurden nicht nur bei den gemischten Fluoroborat-ILs durchgeführt, sondern zusätzlich auch auf einige weitere klassische ILs ausgedehnt.
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Main topic of this work is the synthesis and characterization of a number of Ionic Liquids (ILs) based on mixed fluoroborate anions containing both fluorine and organic oxygen ligands at the boron central atom. So, various new ILs with mixed fluoroborate anions were synthesized. For this purpose, a new simple and versatile synthesis method has been developed. The work was done for fundamental ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Englisch)
Main topic of this work is the synthesis and characterization of a number of Ionic Liquids (ILs) based on mixed fluoroborate anions containing both fluorine and organic oxygen ligands at the boron central atom. So, various new ILs with mixed fluoroborate anions were synthesized. For this purpose, a new simple and versatile synthesis method has been developed. The work was done for fundamental research as well as in the context of possible future electrochemical applications, e. g. as electrolytes for double layer capacitors or, as lithium salts, for lithium ion batteries. Synthesis was carried out by the reaction of tetrafluoroborate salts with the trimethylsilylesters of corresponding ligands under mild conditions with quantitative yield. In comparison to known methods, this procedure allows to obtain these ILs in higher purity, especially chloridefree. A number of ILs with mixed fluoroborate anions has been made with the new method, with monodentate ligands (acetate and trifluoroacetate) and bidentate ligands (oxalate and malonate). An anion product distribution is obtained, especially with monodentate ligands. The main products are difluoro-bis(acetato)borate, difluoro-bis(trifluoroacetato)borate, difluoro-mono(oxalato)borate und difluoro-mono(malonato)borate, with ethyl-methylimidazolium, butyl-methylimidazolium, tetraethylammonium and also lithium as cations. The room temperature ionic liquids were characterized by thermal analyses (glass transition temperatures, melting points, thermal decomposition), physicochemical measurements (temperature dependency of density, conductivity, and viscosity) and the investigation of other chemical properties (anion product distribution, hydrolysis behavior in water, electrochemical stability). Viscosity and conductivity data were correlated and used to determine ILs� fragility. Described measurements were done with some other common ionic liquids as well.
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