Mehrkernige Metall-Komplex Photosensibilisatoren kovalent-verknüpft an Cobalt-basierten Katalysatoren zur Wasserstoffentwicklung

• Antragsteller: Dr. Kevin Barthelmes
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399786739

In den letzten Jahrzehnten wurde enorme Forschung auf die Umwandlung von Solarenergie in chemische Energie betrieben. Photokatalytische Prozesse spielen in dieser Hinsicht eine große Rolle, um sogenannte "Solarkraftstoffe" herzustellen. Zwei der wichtigsten Solarkraftstoffe sind Sauerstoff und Wasserstoff und können durch die katalytische Oxidation von Wasser bzw. die Reduktion von Protonen gewonnen werden. Die Hauptkomponenten in einer photokatalytischen Zelle sind der Photosensibilisator und der Katalysator, und in jüngster Vergangenheit konnte die Leistungsfähigkeit von beiden Komponenten signifikant verbessern. Zum Beispiel wurden mehrkernige Ruthenium(II)-Polypyridyl-Komplexe als Photosensibilisator zur Sauerstoffentwicklung eingesetzt, um insbesondere niedrig-energetisches Sonnenlicht stärker zu absorbieren. Jedoch sind diese mehrkernigen Komplexe für die ähnliche Wasserstoffentwicklung in der Literatur selten beschrieben. Üblicherweise werden hier mononukleare Ruthenium(II)-Komplexe verwendet. Des Weiteren wurde vor kurzem eine neue Art von Cobalt(II)-Polypyridyl-Komplexen als Katalysator zur Wasserstoffentwicklung entwickelt. Diese Katalysatoren haben sich als stabiler erwiesen und zeigten höhere Aktivitäten zur Elektrokatalyse in Wasser gegenüber anderen Katalysatoren. Aus diesem Grund ist der Forschungsplan eine Kombination der beiden jüngsten Entwicklungen in photokatalytischen Systemen. Um die Effizienz der konstruierten Systeme weiter zu erhöhen, ist ein weiteres Ziel die kovalente Verknüpfung von Photosensibilisator und Katalysator. Durch diesen Ansatz kann der Überschuss von Photosensibilisator zu Katalysator vermieden werden und der Elektronentransferprozess zum Katalysator wird erleichtert. Die vorgeschlagenen Systeme sollten im Vergleich zu den bekannten Literatursystemen eine deutlich höhere photokatalytische Aktivität in wässrigen Lösungen zeigen. Darüber hinaus wird erwartet, dass die Systeme den sichtbaren bis nahen Infrarotbereich des Sonnenspektrums effizient für die Photokatalyse nutzen. Dies könnte einen großen Einfluss auf die Entwicklung neuer Systeme haben, da die Photokatalyse in wässrigen Lösungen mit niedrig-energetischem Licht zurzeit immer noch sehr schwierig ist.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Japan
• Gastgeber: Professor Dr. Joe Otsuki