FOR 5499:  Molekulares Management von Sonnenenergie - Chemie von MOST-Systemen

• Fachliche Zuordnung: Chemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496207555

Heutige Technologien sind in der Lage, Sonnenenergie direkt (Photovoltaik) oder indirekt (Windenergie oder Wasserkraft) in großem Maßstab und mit stetig steigender Kosteneffizienz in Strom umzuwandeln. Die Verfügbarkeit von Sonnenenergie variiert jedoch stark, sowohl regional als auch zeitlich. Daher ist die Energiespeicherung die größte Herausforderung für einen gesellschaftlichen Wandel zu einem erneuerbaren Energiesystem. Hier können innovative molekulare Materialien den Weg zu völlig neuen und überraschender Lösungen bieten. In der Forschungsgruppe FOR MOST schlagen wir vor, das Potenzial einer solch leistungsstarken molekularen Strategie zu erforschen: Die Umwandlung, Speicherung und Freisetzung von Sonnenenergie, alles kombiniert in nur einem einzigen Molekül, sogenannten molekularen Solarthermiespeicher (MOST)-Systemen. Das Funktionsprinzip ist wie folgt: Ein schaltbares Molekül absorbiert Licht und wird von einem Niederenergiezustand in einen metastabilen Hochenergiezustand überführt. Um die gespeicherte Energie freizusetzen, wird ein externer Auslöser (Wärme, Katalysator, Licht, elektrisches oder magnetisches Feld) angelegt und das Molekül kehrt in seinen Grundzustand zurück, wobei es die chemische Energie in Wärme umwandelt. Das Konzept hat den großen Vorteil, dass Energieaufnahme, -speicherung und -abgabe in einem sehr einfachen Medium, das nur aus photochromen Molekülen besteht, bewerkstelligt werden kann. Die Schlüsselkomponenten in MOST-Systemen sind maßgeschneiderte Photoschalter, die bestimmte Kriterien bestmöglich erfüllen müssen: • Hohe Energiespeicherdichte mit langer Halbwertszeit des metastabilen Hochenergiezustandes • Effiziente Photokonversion (hohe Quanteneffizienz, gute Anpassung an das Sonnenspektrum) • Hohe Reversibilität und gute Stabilität Das Design von MOST-Systemen stellt die Chemie vor große Herausforderungen. Daher ist ein multidisziplinärer Ansatz unabdingbar, der die Expertise (i) zur Entwicklung neuer MOST-Schalter (Synthese), (ii) zur Erforschung ihrer Funktionalität (Spektroskopie, Katalyse), (iii) zur Modellierung ihrer Eigenschaften (Theorie) und ( iv) um sie in Demonstrationsgeräten zu testen, vereint. In der Forschungsgruppe FOR MOST bündeln wir diese Expertise, indem in ihrem Gebiet herausragende Forscher vereint werden, um gemeinsam mit führenden internationalen Forschern das aufstrebende Gebiet der molekularen Solarthermiespeicher (MOST) voran zubringen. Die dabei erhaltenen Erkenntnisse gehen jedoch weit über das MOST-Konzept hinaus und werden wertvolle Beiträge in Bereich der organischen Photochemie leisten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Spanien

Projekte

• A-Azo: Optimierung der Energiespeicherung in Azobenzol-MOST-Systemen durch intra- und intermolekulare Wechselwirkungen (Antragsteller Wegner, Hermann A. )
• A-Nor: Neue Konzepte für die Norbornadien/Quadricyclan (NBD/QC) Umlagerung (Antragsteller Hirsch, Andreas )
• B-Cat: Katalytische Prozesse zur effizienten Energiefreisetzung aus MOST Verbindungen (Antragstellerin Fleischer, Ivana )
• B-SURF: Kontrollierte Energiefreisetzung in MOST-Systemen an Grenzflächen – Grundlegende Mechanismen, Kinetik und Reversibilität (Antragsteller Libuda, Jörg )
• Bor-Stickstoff-haltige Heterocyclen für MOST Anwendungen (Antragsteller Bettinger, Holger )
• C-Photo: Computergestüzte Photochemie und in silico Design von MOST Systemen (Antragsteller Dreuw, Andreas )
• Computergestützte Modellierung katalytischer Prozesse und Screening-Verfahren von MOST-Verbindungen (Antragstellerin Mollenhauer, Doreen )
• D-Dev: Erforschung von MOST Systemen für/in Anwendungen (Antragstellerin Hölzel, Helen )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Wegner, Hermann A. )
• Molekulare Mechanismen der Energiespeicherung und -freisetzung in MOST-Systemen (Antragsteller Wachtveitl, Josef )

• Sprecher: Professor Dr. Hermann A. Wegner