Mechanistische Einblicke in die Wirkungsweise von molekularen Katalysatoren während der elektrokatalytischen Reduktion von O2 und CO2
Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die elektrokatalytische Reduktion von Sauerstoff, Protonen und Kohlenstoffdioxid sind Schlüsselprozesse für die nachhaltige Erzeugung und Umwandlung von grünen Kraftstoffen. In der Natur katalysieren Enzyme mit atomar definierten aktiven Stellen diese Reaktionen. In diesen Systemen besitzen die katalytischen Zentren häufig eine so genannte "zweite Koordinationssphäre", die es ihnen ermöglicht, während der Katalyse mit einem zweiten Metallatom und/oder anderen protonierbaren Gruppen zu interagieren. Im Rahmen des Projekts "Mechanistische Einblicke in molekulare Katalysatoren bei der elektrokatalytischen Reduktion von Sauerstoff und Kohlendioxid" wurde der Einfluss einer solchen zweiten Koordinationssphäre auf elektrokatalytische Reduktionsreaktionen von molekularen Porphyrinkomplexen untersucht. Hierzu wurden Porphyrinkomplexe mit verschiedenen Metallzentren, Linkermolekülen und funktionellen Gruppen synthetisiert und untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass das Vorhandensein einer zweiten Koordinationssphäre die katalytische Aktivität bis zu einem Faktor von 100 verbessern kann. Die Katalysatoren wurden darüber hinaus auf spezifisch funktionalisierten Elektroden immobilisiert und ihre Struktur unter elektrochemischem Potential mittels Raman-Spektroelektrochemie analysiert. Die Ergebnisse gaben nicht nur Aufschluss über die Wechselwirkung von molekularen Verbindungen mit verschiedenen Elektrodenmaterialien, sondern konnten auch Zwischenstufen bei der katalytischen Umwandlung von kleinen Molekülen identifizieren. Die hier vorliegenden Ergebnisse können deshalb dazu beitragen, in der Zukunft optimierte katalytische Systeme zu entwickeln.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Influence of Mesityl and Thiophene Peripheral Substituents on Surface Attachment, Redox Chemistry, and ORR Activity of Molecular Iron Porphyrin Catalysts on Electrodes. Inorganic Chemistry, 58(16), 10637-10647.
Götz, Robert; Ly, Khoa H.; Wrzolek, Pierre; Dianat, Arezoo; Croy, Alexander; Cuniberti, Giancarlo; Hildebrandt, Peter; Schwalbe, Matthias & Weidinger, Inez M.
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An Iron Porphyrin Complex with Pendant Pyridine Substituents Facilitates Electrocatalytic CO2 Reduction via Second Coordination Sphere Effects. ChemCatChem, 13(18), 3934-3944.
Ramuglia, Anthony R.; Budhija, Vishal; Ly, Khoa H.; Marquardt, Michael; Schwalbe, Matthias & Weidinger, Inez M.
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Structural Determination of an Unusual CuI‐Porphyrin‐π‐Bond in a Hetero‐Pacman Cu‐Zn‐Complex. Chemistry – A European Journal, 27(12), 3991-3996.
Marquardt, Michael; Cula, Beatrice; Budhija, Vishal; Dallmann, André & Schwalbe, Matthias
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Understanding active sites in molecular (photo)electrocatalysis through complementary vibrational spectroelectrochemistry. Chemical Communications, 57(19), 2328-2342.
Ly, Khoa H. & Weidinger, Inez M.
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Potential Induced Protonation of the Second Coordination Sphere in a Hangman-type Iron Porphyrin Complex Promotes HER: Insights via in Situ Raman Spectroelectrochemistry. Inorganic Chemistry, 62(26), 10232-10240.
Ramuglia, Anthony R.; Göbel, Markus; Budhija, Vishal; Werheid, Matthias; Ly, Khoa H.; Schwalbe, Matthias & Weidinger, Inez M.
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Proton Activation in the Presence of a Weak Acid Facilitated by Second Coordination Sphere Effects in Iron Porphyrins**. ChemElectroChem, 10(23).
Ramuglia, Anthony R.; Budhija, Vishal; Ly, Khoa H.; Schwalbe, Matthias & Weidinger, Inez M.
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Synthesis, Properties and Reactivity Studies of a Hetero‐dicopper Complex Consisting of a Porphyrin and a Bispyridylamine Moiety Connected by a Xanthene Backbone. European Journal of Inorganic Chemistry, 26(14).
Budhija, Vishal; van Langevelde, Phebe H.; Krause, Konstantin B.; Cula, Beatrice; Hetterscheid, D. G. H. & Schwalbe, Matthias
