ESKIMO-Pro-IRON - Modellierung angeregter Zustände und Optimierung von Photoeigenschaften in Eisenkomplexen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Matthias Bauer; Professorin Dr. Katja Heinze; Professor Dr. Oliver Kühn; Professor Dr. Stefan Lochbrunner
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404479188

Die Verknappung und Verteuerung von Edelmetallen machen die Substitution solcher Elemente durch unbegrenzt verfügbare und möglichst biokompatible unedle Metalle zu einer wichtigen wissenschaftlichen Herausforderung. Besonders in photochemischen Anwendungen, bei denen Sonnenlicht eine nachhaltige Energiequelle darstellt, werden unedle Metalle den Nachhaltigkeitscharakter enorm erhöhen. Mit dem vorliegenden Antrag wollen wir zu diesem globalen Ziel beitragen, indem wir das am häufigsten vorkommende Übergangsmetall - Eisen - in der Photochemie einsetzen und weiter etablieren. Innerhalb der ersten Förderperiode des SPP 2102 erzielte das ESKIMO-Projekt bedeutsame Fortschritte mit neuartigen Liganden, die 5- und 6-Ring-Chelate zur Beeinflussung der angeregten Zustandsdynamik verwenden, wobei eine hohe oktaedrische Symmetrie und eine Verlängerung der MLCT-Lebensdauer in Eisen(II)-Komplexen erreicht wurde. Ein neuartiger Typ von MC-Reaktivität im angeregten Zustand konnte das erste Mal nachgewiesen werden und erste bichromophore Komplexe wurde untersucht. Ein großer Durchbruch wurde durch die Realisierung eines Eisen(III)-Komplexes erreicht, der eine beispiellose duale Emission, einen MLCT-Lebensdauer-Rekord und bimolekulare Reaktivität zeigt. Diese Fülle an neuen Ergebnissen wurde durch theoretische und spektroskopische Methoden wie „range-separated“ DFT-Funktional-Tuning, ultraschnelle transiente Absorption und Emission und Synchrotron-Röntgenspektroskopie untermauert. Es gingen 17 Publikationen aus dem Projekt hervor.Entsprechend hat dieser Fortsetzungsantrag den Ausbau und die Erweiterung der verschiedenen erzielten Ergebnisse zum Ziel. Neuartige Low-Spin-Eisen(II)- und Eisen(III)-Komplexe tridentater Liganden mit langlebigen angeregten 3MLCT (3MC/5MC) / 2LMCT-Zuständen werden durch Anwendung des Reservoir-Effekts und neuer Ligandendesigns mit maßgeschneiderten Donor/Akzeptor-Eigenschaften hergestellt. Die angeregte Zustandslandschaft dieser Komplexe einschließlich aller relevanten angeregten Zustände und der photoinduzierten Dynamik werden auf allen Zeitskalen von Femto- bis Mikrosekunden mit neuen Ansätzen der optischen und Röntgenspektroskopie sowie theoretischen Methoden untersucht. Die entwickelten Komplexe sollen für photochemische Anwendungen und neuartige lumineszierende Materialien eingesetzt werden.Innerhalb dieser übergeordneten Ziele trifft das Projekt den Kern der thematischen Ausrichtung des SPP 2102, da molekulare Emitter und Sensibilisatoren auf der Basis von verfügbaren Metallen als Ersatz für Edelmetallzentren durch rationale Ansätze, die durch das Verständnis elektronisch angeregter Zustände zustande kommen, entwickelt werden. Mit ultraschneller transienter Absorptionsspektroskopie, ultraschneller Röntgenspektroskopie und Streumethoden sowie quantenchemischen Berechnungen werden dynamische Effekt auch in der Komplexumgebung zugänglich gemacht, um eine ganzheitliche Sicht auf alle relevanten Prozesse zu gewinnen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2102: Licht-kontrollierte Reaktivität von Metallkomplexen