Nahinfrarot emittierende Chrom(III)-Komplexe - Design und fortgeschrittene Anwendungen 2.0

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Katja Heinze; Dr. Ute Resch-Genger
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 326469115

Auf Basis der Resultate von NILE-CHROME und der komplementären Expertisen der Antragstellerinnen in Ligandendesign, Koordinationschemie, computergestützten Chemie, Photochemie, quantitativen optischen Spektroskopie, Nanotechnologie und Design von Sensormaterialien sind die wegweisenden Ziele dieses gemeinsamen Projekts das rationale Design und die Etablierung von neuartigen Chrom(III)-Komplexen – molekulare Rubinen – in neuen Anwendungen, die so nicht mit 3d- und teilweise auch nicht mit 4d/5d-Metallkomplexen realisierbar sind. Dafür werden die Absorptionseigenschaften, Emissionsenergien, (strahlende) Lebensdauern und die O2-Sensitivität über Theorie-geleitete, rational konzipierte Liganden für homo- und heteroleptische Chrom(III) Komplexe gesteuert, so dass sie Applikationen ermöglichen, die weit über bisher bekannte hinausgehen. Das beinhaltet Liganden mit sechsgliedrigen Chelatringen für eine große Ligandenfeldaufspaltung, Elektronen-schiebende/-ziehende Liganden zur Realisierung von Emissionsenergien von orange/rot bis zum NIR, Liganden zur Verstärkung der Ligandenfeldabsorption (Steuerung des molaren Absorptionskoeffizienten im Sichtbaren) und der Spin-flip-Emission (Variation der strahlenden Ratenkonstanten) sowie Liganden mit einer negativen Ladung zur partiellen Kompensation der hohen positiven Ladung des Chrom(III)-Ions. Zudem wird die Steuerung der Phosphoreszenzlebensdauer und der O2-Sensitivität über Gegenionen-Assoziation untersucht. Das Applikationspotential der resultierenden neuen Chrom(III)-Komplexe wird für Photokatalyse, Energieaufkonversion (UC), zirkular polarisierte Lumineszenz (CPL), Lebensdauer-Multiplexing und Singulettsauerstoff-Erzeugung gezeigt. Folgende Zielstellungen werden gemeinsam untersucht:a) Neue Liganden-Designs und Synthesestrategien für homo- und heteroleptische Chrom(III) Komplexeb) Design angeregter Zustände mit quantenchemischen Rechnungen mittels Multireferenzmethoden (CASSCF-NEVPT2) zur Vorhersage von Verschiebungen der Emissionsenergien von Chrom(III)-Spin-flip-Emittern und Informationen zu Intersystem Crossing (ISC)-Raten. ISC-Raten werden durch fs-Transientenabsorptionsspektroskopie und transienter Röntgenemissionsspektroskopie experimentell bestimmt. c) Energie- und Elektronentransfer-basierte Katalyse von [2+2]-, [3+2]- und [4+2]-Cycloadditionen mit Chrom(III)-Sensibilisatoren.d) CPL-Eigenschaften von chiralen Chrom(III)-Komplexen zum Einsatz in CPL-Lasern.e) Einsatz von Chrom(III)-Komplexen mit geeigneten 2E/2T1-Energien als Donoren für die sensibilisierte Triplett-Triplett Annihilations-Aufkonversation (sTTA-UC). f) Sensibilisierung von Chrom(III)-Komplexen in sTTA-UC Systemen mit Halbleiterquantenpunkten.g) Lebensdauer-Multiplexing mit molekularen Rubinen. h) Einsatz unterschiedlich geladener Chrom(III)-Komplexe als Singulettsauerstoff-Photosensibilisatoren in Zellstudien und zur Induktion von DNA-Doppelstrangbrüchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen