Untersuchung des Solvatationsverhaltens von Biopolymeren in Ionischen Flüssigkeiten mit Hilfe von Methoden der Multiskalen-Simulation und Theoretischen Spektroskopie

In diesem Projekt soll das mikroskopische Solvatationsverhalten von Cellulose in ionischen Flüssigkeiten mit Hilfe von Methoden der Multiskalen-Molekulardynamik-Simulation und der theoretischen Spektroskopie untersucht werden. Das Ziel des Projektes ist es, ein molekulares Bild der Wechselwirkungen zwischen Cellulose und einer Reihe von ionischen Flüssigkeiten zu erhalten, und daraus Rückschlüsse auf die spezifischen Solvatationsfähigkeiten der ionischen Flüssigkeiten zu ziehen. Cellulose wurde ausgesucht, da sie das häufigste Biopolymer auf der Erde ist, und somit sehr relevant für einen nachhaltigen chemischen Produktzyklus ist. Ionische Flüssigkeiten wurden als Lösungsmittel gewählt, da sie sehr vielversprechende Solvatationseigenschaften aufweisen, und für viele Anwendungen besser geeignet sind als gewöhnliche organische/anorganische Lösungsmittel. Aus diesem Grund werden sie heutzutage bereits in vielen industriellen Prozessen eingesetzt. Die zu Grunde liegenden mikroskopischen Prozesse sind jedoch noch nicht vollständig aufgeklärt. Insbesondere die direkten intermolekularen Wechselwirkungsmechanismen zwischen Solvent und Solut sind dabei eine wichtige offene Fragestellung, die im Rahmen dieses Projektes untersucht werden soll. Eine Kombination aus kraftfeld-basierter und ab initio-Molekulardynamik (AIMD) ist hervorragend geeignet, um die damit verbundenen Fragen der Struktur und Dynamik auf einer mikroskopischen Skala aufzuklären. Die AIMD-Simulationen werden eine Brücke zum Experiment liefern, indem sie direkte Berechnung spektroskopischer Größen (Infrarot-, Raman-, VCD-, ROA- und NMR-Spektren) aus den simulierten Trajektorien ermöglichen. Eine Zusammenarbeit mit mehreren lokalen Arbeitsgruppen des aufnehmenden Institutes wird experimentelle Spektren zum Vergleich liefern, wodurch die interdisziplinäre Bedeutung des Projektes stark gesteigert wird.