Photokatalytische CO2-Reduktion mit heterodinuklearen Katalysatoren basierend auf gut zugänglichen Metallen

• Antragsteller: Dr. Matthias Schwalbe
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403846015

Unser Ziel ist die Entwicklung sowie die detaillierte Untersuchung von katalytischen Systemen für die licht-getriebene CO2-Reduktion. Ein wesentliches Ziel soll der Vergleich von inter- versus intramolekularen Systemen sein, die auf derselben Kombination von Photosensibilisator und katalytischer Einheit beruhen. Sowohl die lichtsammelnden als auch die katalytisch aktiven Einheiten werden auf unedlen Metallkomplexverbindungen basieren, wobei im ersten Fall vorwiegend Chrom- und Molybdänverbindungen und im zweiten Fall Eisen-, Kobalt- und Nickelkomplexe zur Anwendung kommen sollen. Ihre katalytischen Eigenschaften werden in Abhängigkeit des Lösungsmittels, des verwendeten Opferelektronendonor und anderer Parameter untersucht. Als intramolekulare Systeme werden Photosensibilisator-Katalysator-Dyaden mit unterschiedlichen Verbindungseinheiten hergestellt. Die räumliche Nähe der beiden Metallfragmente innerhalb der intramolekularen Systeme sollte einen Elektronentransfer Richtung katalytisch aktiver Einheit begünstigen, und die allgemeine Brückenligand-Architektur sollte einen unerwünschten Rückelektronentransfer unterdrücken. Die selektive Reduktion von Kohlenstoffdioxid zu Kohlenstoffmonoxid, Ameisensäure oder sogar Methan wird untersucht werden. Eine Produktselektivität kann durch die richtige Wahl der Reaktionsbedingungen, Art des Katalysemetalls und Ligandstruktur erreicht werden.Das zweite wichtige Ziel der Forschungsarbeiten ist die Erlangung eines besseren Verständnisses der Energie- und Elektronentransfer-Prozesse, die innerhalb der (inter- und intramolekularen) photokatalytischen Systeme erfolgen. Daher sind umfangreiche spektroskopische Studien geplant, die die photophysikalischen Eigenschaften der hergestellten Verbindungen, wie z.B. Lebenszeiten von ladungsgetrennten Zuständen, untersuchen. Einerseits wird hierbei vom Grundzustand, aber andererseits auch von bereits reduzierten Verbindungen ausgegangen. Die Isolierung und Charakterisierung von Intermediaten wird ein weiter Schritt sein, die ablaufenden Prozesse besser zu verstehen. Letztendlich beabsichtigen wir, einen überarbeiteten Reaktionsmechanismus zu postulieren, der sich speziell auf die Energie- und Elektronentransfer-Prozesse in heterodinuklearen Systemen bezieht.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2102: Licht-kontrollierte Reaktivität von Metallkomplexen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Dr. Oliver S. Wenger