Vereinigung der Photo- und Übergangsmetallkatalyse in einem modularen, heterogenen Material

• Antragsteller: Professor Dr. Bartholomäus Pieber
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449447254

Die Kombination von Photokatalyse und "konventioneller" Katalyse (duale Katalyse) ist ein vielversprechender Ansatz für eine nachhaltige Synthesechemie, da sichtbares Licht als Energiequelle für wichtige chemische Reaktionen nutzbar gemacht werden kann. Durch Anregung von Photokatalysatoren (meist Iridium- oder Rutheniumkomplexe) mit sichtbarem Licht werden Elektronen oder Energie auf einen "konventionellen" Katalysator übertragen, um die gewünschte chemische Reaktion (z. B. Kreuzkupplung) in Gang zu setzen. Beide Katalysatoren sind hierbei im Reaktionsmedium gelöst (homogene Katalyse) und nicht wiederverwendbar. In unseren Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass unlösliche, wiederverwendbare Halbleiter im Zusammenspiel mit homogenen Nickelkatalysatoren eine semi-heterogene Variante der dualen Katalyse ermöglichen. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Untersuchung eines heterogenen Katalysators, welcher die Funktionen beider Katalysatoren in einem wiederverwendbaren Material vereint. Dies soll durch die Oberflächenmodifizierung von Metalloxid-Halbleitern (z. B. TiO2) mit Farbstoffen und Metallkomplexen ("konventioneller" Katalysator) realisiert werden. Durch die Funktionalisierung mit Farbstoffen werden heterogene Photokatalysatoren, welche sichtbares Licht absorbieren, erhalten. Die Immobilisierung des „konventionellen“ Katalysators soll nicht nur dessen Wiederverwendbarkeit, sondern auch eine Effizienzsteigerung der jeweiligen Reaktionen ermöglichen. Diese wird aufgrund der verbesserten Elektronen- oder Energieübertragung durch die permanente räumliche Nähe beider Katalysatoren erwartet. Das modulare Herstellungskonzept soll die Nutzung verschiedenster Metallkatalysatoren, sowie die Variation des Farbstoffes, für eine gezielte Auswahl der nutzbaren Wellenlängen ermöglichen. Dadurch werden neuartige Synthesestrategien möglich. Um dies zu realisieren, werden genaue Untersuchungen der modular zusammengesetzten Katalysatorsysteme sowie der Reaktionsmechanismen im Rahmen des Forschungsprojektes durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich