Im Fokus der Forschungsaktivitäten des AK Weigand steht die Entwicklung neuartiger Synthesekonzepte in der Hauptgruppenchemie, wobei ungewöhnliche Reaktionseigenschaften und deren Anwendung auch unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit in der Chemie erforscht werden. Die grundlegenden Forschungsrichtungen des Ak Weigand lassen sich dabei in vier Teilaspekte aufgliedern:
 

• Entwicklung von neuartigen Synthesemethoden
• P-Element und P-P-Verknüpfungsreaktionen (Polyphosphorgerüste und Heteropnictogenverbindungen)
• Darstellung von Verbindungen mit neuartigen Bindungsmotiven
• P4-Funktionalisierung

Hochgeladener, kationische Hauptgruppenelementverbindungen zeigen oft ungeklärten Struktur-Eigenschaftsbeziehungen und stellen damit ein attraktives Feld für die Grundlagenforschung dar. Daraus ergeben sich zukunftweisende Fragestellungen  für die interdisziplinäre Forschung in den Grenzgebieten zur Physik, zu den Materialwissenschaften, zur Biotechnologien, Pharmazie und Umweltchemie, in der dieser Thematik allerdings in der akademischen Forschung bisher nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt wurde. Gegenwärtig beschäftigt sich die Arbeitsgruppe Weigand besonders mit Kationen der Elemente der Gruppe 15 (N, P, As, Sb, Bi), allerdings werden die Erkenntnisse auf weitere kationische Hauptgruppenelementsysteme ausgeweitet.
Die zunehmende Bedeutung der Elemente der Gruppe 15 in der homogenen Katalyse, für neuartige anorganische Polymere, als Energiespeicher, funktionelle Moleküle wie Sensoren, molekulare Magneten, OLEDs, ionische Flüssigkeiten, „single-source precursors“ und Wirkstoffe erfordert ein Verständnis ihrer Grundlagenchemie, welche bisher so für diese Elemente nur wenig untersucht wurde. Besonders das Element Phosphor nimmt hier eine besonders wichtige Stellung ein. Ein zentrales Thema der Forschung des Arbeitsgruppe Weigand ist die Erforschung effizienter Synthesewege zu neuen, fundamental wichtigen hochgeladenen, „polyonio-substituierten“ Elementverbindungen, in denen das Zentralatom eine ungewöhnliche lokale Umgebung aufweist, sich in einer neuartigen Bindungsumgebung befindet oder Materialien mit ungewöhnlichen Eigenschaften liefert. Dabei werden „polyonio-substituierte“ Pnictogenzentren zum Aufbau kleiner Moleküle, Ring- und Clustersysteme und zur Aktivierung kleiner Moleküle genutzt.
Für chemische Transformationen wurden solche Systeme bisher kaum in Betracht gezogen. Im Zuge der Forschungsvorhaben des Arbeitsgruppe Weigand wird die Synthese von „polyonio-substituierten“ Pnictogenzentren und deren Einsatz in fundamentalen chemischen Fragestellungen in den Mittelpunkt der Forschung gestellt und gezielt erforscht. Durch die Identifizierung und Weiterentwicklung neuartiger Strukturen und Bindungsumgebungen für die Elemente der Gruppe 15 ergeben sich daraus neue Impulse für deren Folgechemie. Darüber hinaus lassen sich aufgrund der potentiellen Lewis-Akzeptoreigenschaften Vergleiche mit der Koordinationschemie von Übergangsmetallen ziehen. Vielseitige und effiziente synthetische Methoden erlauben die Darstellung z.B. neuer Heteropnictogenverbindungen, welche zu ausgedehnten Koordinationspolymeren führen sollten und damit eine hohe Relevanz für die Materialforschung ergeben.

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The research activities of the group are focused on the development of new and modern concepts in synthesis for phosphorus based compounds. This includes also the investigation of novel reactivities and the sustainable application as multifunctional ligand systems for binding as well as extraction of metal ions.

Molecular phosphorus chemistry:

The research activities are focused on the development of modern and novel concepts in main group chemistry with particular emphases on reactivity studies and sustainable applications. The basic research aspects can be divided into:

• P₄ transformtion and activation - P₄ as sustainable phosphorus source
• Phosphorus-Element or Phosphorus-Phosphorus coupling reactions
• Synthesis and stabilization of unique phosphorus bonding-motifs and their use in follow up chemistry and catalysis
• (Spectro)-electrochemical investigations of highly reactive phosphorus compounds – insights into transient intermediates

Extraction and supramolecular chemistry

Another research focus of the Weigand group is the development and application of multifunctional ligands in coordination chemistry and solvent extraction to recover high-tech metals such as rare earths or precious metals and other strategic elements from various sources in the context of urban mining. In particular P,N- and P,O-ligand systems were investigated as selective receptors for the binding and separation of such species.

Industrial Chemistry Heterogeneous catalysis
The research activities are focused on the development and improvement of innovative catalyst systems via synthetic and post-synthetic strategies for application in petrochemical industry and resource change to biogenic and fossil residues. The basic research aspects can be divided into:

• Hydrogen supported cracking of biogenic residues using hierarchical alumino-silicates
• Deactivation Behaviour of Industrial ZSM-5 in Ethanol to Hydrocarbons Process
• Production of industrial catalysts for preferred propene production and stabilization for biogenic co-feeding in FCC-process
• Refinement of biomass-based resources to fuel and high value chemicals