Endohedral metallofullerenes - filled fullerene derivatives toward multifunctional reaction center mimics

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk M. Guldi
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 163372219

Das Hauptziel dieses Projektes ist es, erstmals endohedrale Metallofullerene sowie leere Fullerene als multifunktionale Elektronendonoren in Elektronentransferreaktionen zu erkunden und sie als Interkonverter bei der Umwandlung von Singulett- zu Triplett-Radikalionenpaaren einzusetzen. Wir werden uns bei den Arbeiten nicht auf die Untersuchung von Einelektronentransferschritten beschränken, sondern auch das Potenzial der endohedralen Metallofullerene, Mehrelektronentransferprozesse zu realisieren, und damit auch Ladungen zu akkumulieren, erforschen. Unsere Vision ist, dass die Oxidation endohedraler Metallofullerene sowie leerer Fullerene in photoinduzierten Elektronentransferprozessen mit geringen Reorganisationsenergien, Türen für neue Konzepte für fortschrittliche Solarenergieumwandlungssysteme öffnet - z.B. für neuartige Konzepte der photoelektrochemischen Wasserspaltung. Was das Steuern der Umwandlung zwischen Singulett- und Triplettzuständen der erzeugten Radikalionenpaare durch variable interne und externer Magnetfelder betrifft, ist unsere Idee, dass auf diese Weise Lebensdauern realisiert werden, die sonst nur in mehrstufigen Ladungstrennungs- / Ladungsverschiebungsreaktionen auftreten, um den oxidierten Donor und den reduzierten Akzeptor voneinander zu entkoppeln. Die Bedeutung solcher grundlegenden Untersuchungen liegt in der Verwendung der multifunktionellen molekularen Architekturen für neue Themenfelder im Bereich der Optoelektronik, insbesondere der Ladungsakkumulation. Die Gestaltungsprinzipien der neuen Hybridmaterialien mit hoher Strukturintegrität sollte so einfach wie möglich sein. So werden mehrere verfügbare geeignete funktionelle Bausteine mit endohedralen Metallofullerenen in multifunktionellen molekularen Architekturen kombiniert. Diese Untersuchungen werden Impulse und Informationen für die Entwicklung, z.B. in der molekularen Elektronik, einer neuen Generation von Solarzellen oder bei der Mehrelektronenkatalyse liefern. Um unser Programm umzusetzen, ist es erforderlich, verschiedenste Felder, angefangen von anspruchsvoller Synthese bis hin zu spektroskopischen Untersuchungen und zur Materialcharakterisierung, zu bearbeiten. Das Projekt wird dabei besonders von unserem vorhandenen Know-how mit organischen Hybridmaterialien profitieren. Insbesondere unsere Erfahrung mit Tetraaza-makrocyclischen Chromophoren wie Porphyrinen, Phthalocyaninen, Porphycenen, Corrolen und Fulleren-Derivaten, die die Grundbestandteile der vorgesehenen Architekturen sind, wird von großem Wert sein. Dieser Antrag beinhaltet einen Mechanismus zur interdisziplinären Ausbildung von Studierenden und Wissenschaftlern, da dessen Erfolg die Zusammenarbeit zwischen Gruppen mit unterschiedlicher, aber sich ergänzender Expertise z.B. in physikalischer Chemie und synthetischer Chemie usw. erfordert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen