Modulare Artifizielle Photosysteme auf Polymerbasis

• Antragsteller: Dr. Michael Jäger
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426988087

Im Forschungsvorhaben sollen künstliche molekulare Photosysteme synthetisiert werden, und hinsichtlich ihrer Eignung zur Energiekonversion grundlegend untersucht werden. Dazu soll ein neues Baukastenprinzip genutzt werden, welches durch Vorarbeiten einen deutlich verringerten Syntheseaufwand aufweist. Das angestrebte Funktionsprinzip beinhaltet die Entkopplung der Elementarprozesse (Energie- und Elektronentransfer) durch maßgeschneiderte Bausteine – so dass zielgerichtet Polymer-basierte Architekturen aufgebaut werden sollen. Zur Auswahl und Eingrenzung der vielen denkbaren Strukturen dienen deren optische und elektrochemische Eigenschaften, welche nun nützlich kombiniert werden sollen. Dazu steht die lichtgetriebene Ladungstrennung im Vordergrund, jedoch lässt sich das Baukastenprinzip auch auf andere Anwendungsfelder übertragen bzw. erweitern.Im ersten Arbeitspaket sollen die Grundeinheiten synthetisiert werden, welche sich in deren molekularen Struktur unterscheiden. Diese tragen weiterhin polymerisierbare Gruppen sowie löslichkeitsvermittelnde Gruppen, welche in den nächsten Arbeitspaketen genutzt werden sollen.Im zweiten Arbeitspaket sollen molekulare Architekturen zusammengesetzt werden, indem die elektrochemischen Baueinheiten zu Ketten polymerisiert werden. Die erhaltenen Elektronen- bzw. Lochleitenden Polymerketten werden anschließend durch nur zwei Kopplungsschritte an einen Farbstoff angebunden. Besonders ist in diesem Zusammenhang die einfache Synthese von umfangreichen Substanzbibliotheken, welche bisher bei artverwandten Molekülen nach klassischen Syntheserouten nur mit sehr hohem synthetischem Aufwand zugänglich waren.Im dritten Arbeitspaket soll die lichtgetriebene Ladungstrennung sowie Rekombination durch moderne zeitaufgelöste Spektroskopie verfolgt werden. Dazu sollen mögliche Einflussgrößen (Kettenlänge, Konjugationsart der Polymere, interne Ladungskaskaden) untersucht werden, um eine Rekombination der erzeugten Ladungsträger zu minimieren. Diese Studien sollen zunächst in Lösung erfolgen, und anschließend einführend im Feststoff durch Filmbildung betrachtet werden, um einen späteren Anknüpfungspunkt für Folgearbeiten bzw. deren praktisches Potential zukünftig untersuchen zu können.Das Ziel und der Nutzen des Forschungsvorhabens liegen in der Etablierung eines Baukastenprinzips auf molekularer Ebene, um auf nanoskopischer Ebene Ladungsträger bzw. angeregte Zustände zu erzeugen und zu steuern. Diese sind für eine Vielzahl von Anwendungsgebieten relevant (Energiekonversion), u.a. für katalytische Folgereaktionen, molekulare Bewegung oder Erzeugung eines externen elektrochemischen Potentials. Weiterhin ist der Ersatz der hier gewählten Komponenten durch andere Einheiten einfach möglich, was einen bleibenden Wert zum Aufbau von funktionalen Molekülarchitekturen für nachfolgende Arbeiten und Anknüpfungspunkte an andere Forschungsfelder darstellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen