Akkumulativer Ladungstransfer in molekularen Photokatalysatoren für die Wasserstoffproduktion

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk M. Guldi, seit 7/2023
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491255400

Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist es, die Vielseitigkeit des Photonen- und Ladungsmanagements in neuartigen Elektronendonor-Akzeptor (D-A)-Konjugaten, die kovalent an katalytisch aktive Metallkoordinationskomplexe (CATs) gebunden sind, zu demonstrieren. In den resultierenden ((D-A)-CAT)-Konjugaten soll die Multi-Elektronen-Reduktion des Katalysators aktiviert und die molekular gesteuerte Protonenreduktion zur solaren H2-Erzeugung unter Weißlichtanregung genutzt werden. Unsere Idee, (D-A-CAT)s und ((D-A)-CAT-(A-D))s zu entwickeln, geht über das bisherige Designkonzept für molekulare H2-Photokatalysatoren hinaus. Unser Ziel ist es, die CATs nicht direkt, sondern indirekt mit Hilfe von As, zu aktivieren. Die große Reorganisationsenergie der katalytischen Zentren, die bei der photoinduzierten Ladungstrennung von photoangeregten Ds direkt zu den CATs auftritt, soll dadurch umgangen werden. Ein wesentlicher Punkt unseres Konzepts ist die Verwendung von Fullerenen und endohedralen Metallofullerenen als Elektronen-As bzw. Ds. Umfassende photophysikalische Untersuchungen, einschließlich zeitaufgelöster Experimente (Ein-Farben / Ein-Photon, Ein-Farben / Zwei-Photonen und Zwei-Farben / Zwei-Photonen), werden durchgeführt, um Ladungstransfer- und Ladungsverschiebungsreaktionen zu den CATs zur katalytischen Aktivierung auszulösen. Wir planen auf diese Weise kontrolliert doppelt-reduzierte CATs zu erzeugen und darüber hinaus Erkenntnisse zur Optimierung jedes einzelnen Ladungstransfer- / Ladungsverschiebungsereignisses auf molekularer Ebene zu gewinnen. Die photophysikalischen Untersuchungen werden mit der photokatalytischen Leistungsfähigkeit der (D-A-CAT)- oder ((D-A)-CAT-(A-D))-Konjugate korreliert, die sich aus der Effizienz der H2-Erzeugung sowie der Langzeitstabilität der Katalysatoren ergibt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Yusen Luo, bis 6/2023