Forschende der Universität Ulm haben ein organisches Polymer mit außergewöhnlichen Eigenschaften entwickelt, das wertvolle Edelmetalle wie Gold und Palladium effizient aus Lösungen zurückgewinnen, giftige Halbmetalle abscheiden und Batterien umweltfreundlicher machen könnte, wie das neue Fachjournal „Angewandte Chemie Novit“ berichtet. Das im Exzellenzcluster POLiS (Post Lithium Storage) entstandene Thioorthoester-Polymer zeichne sich durch einen hohen Schwefelgehalt und eine schwammartige Struktur aus, die es für vielfältige Anwendungen prädestiniere.
Das weiße, flockige Material, entwickelt von der Forschungsgruppe um Professor Max von Delius am Institut für Organische Chemie, basiere auf der neuartigen Thioorthoester-Chemie, die in der Polymerchemie bislang ungenutzt geblieben sei. Moleküle, bestehend aus einem Kohlenstoff- und drei Schwefelatomen, verliehen dem Polymer einen Schwefelanteil von rund 50 Prozent und führten zu einer starken Vernetzung, die hohe Stabilität und Wasserunlöslichkeit gewährleiste. Die zufällig entstandene poröse, schwammartige Oberfläche erhöhe die Effizienz der Schwefelatome bei der Bindung von Metallionen erheblich, hieß es.
Das Polymer eigne sich besonders für die Rückgewinnung von Münzmetallen wie Palladium, Gold und Silber aus Lösungen, etwa in der pharmazeutischen Industrie, wo Palladiumreste aus Arzneirohstoffen entfernt werden müssten. Analysen unter Leitung von Professorin Kerstin Leopold am Institut für Analytische und Bioanalytische Chemie hätten eine Palladium-Bindungskapazität von 41,2 Milligramm pro Gramm Polymer ergeben, fast doppelt so viel wie bei etablierten kommerziellen Metallfängern. Auch in Umweltanwendungen zeige das Material Potenzial, etwa bei der Entfernung des giftigen Halbmetalls Antimon aus Schlacken von Müllverbrennungsanlagen. Tests hätten eine Aufnahmekapazität von 2,23 Milligramm Antimon pro Gramm Polymer gezeigt, wobei bis zu 83 Prozent der gebundenen Stoffe wiedergewonnen werden könnten, ohne nennenswerten Leistungsverlust nach mehreren Zyklen.
Im Bereich der Energiespeicherung habe das Polymer als metallfreie Kathode in Lithium-Ionen-Batterien überzeugt, erklärten die Forschenden. Im Rahmen des Exzellenzclusters POLiS hätten Tests eine stabile Kapazität von rund 100 mAh pro Gramm über mehr als 1000 Lade- und Entladezyklen ergeben. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kathodenmaterialien enthalte das Polymer keine kritischen Metalle und sei umweltfreundlicher, hieß es.
Die Studie, die nach höchster Bewertung in „Angewandte Chemie Novit“ als erste Veröffentlichung dieses Journals erschienen sei, markiere einen Meilenstein für nachhaltige Materialwissenschaften. Das Polymer sei bereits zum Patent angemeldet worden, insbesondere wegen seiner Fähigkeit, Metalle selektiv zu binden, und seiner Eignung als organische Kathode. Derzeit bereite das Forschungsteam Gespräche mit Industriepartnern vor, um das Verfahren für Anwendungen in der chemischen Produktaufbereitung, Wasserreinigung und Energiespeicherung weiterzuentwickeln und marktreif zu machen, berichteten die Wissenschaftler.
Originalpublikation:
Jan Kraus, Andreas Gruber, Ruth Gomes, Dominic Iannitto, Kerstin Leopold, Max von Delius (2025): Thioorthoester Polymers as Sulfur-Rich Materials in Metal Scavengers and Battery Cathodes, Angewandte Chemie Novit. DOI: https://doi.org/10.1002/anov.70000
