"PhotonUp4Cat" - Neuartige Aufwärtskonversions-Systeme für die Photokatalyse mit energiearmen Photonen

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Kerzig
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466117789

Der Mechanismus der Aufwärtskonversion über die sogenannte sensibilisierte Triplett-Triplett-Annihilation ist in der Lage, die Energie zweier sichtbarer Photonen zu kombinieren, um einen besonders energiereichen Anregungszustand zu erreichen. Da dieser Zweiphotonenmechanismus sogar bei sehr geringen Lichtintensitäten ablaufen kann, wie sie von der Sonne oder herkömmlichen LEDs zur Verfügung gestellt werden, sind zahlreiche Anwendungen in den Bereichen Katalyse, Photobiologie (Medizin) und Energieumwandlung unter besonders milden Bedingungen möglich. Dieser Umstand treibt momentan unzählige Wissenschaftler dazu an, sich mit diesem zukunftsträchtigen Mechanismus zu beschäftigen. Aufbauend auf unsere Vorarbeiten möchten wir zwei neue Konzepte im Zusammenhang mit der Aufwärtskonversion etablieren. Die Kombination aus aussagekräftigen spektroskopischen Methoden und anwendungsorientierten Bestrahlungsexperimenten soll zum schnellen Durchbruch führen, damit ein wegweisender Beitrag zu diesem höchst kompetitiven Fachgebiet geleistet werden kann. Der erste Projektteil befasst sich mit der Umwandlung von sichtbarem Licht in UV-Strahlung mit beispielloser Energie (über 4 eV). Diesen neuen Zugang zu UVB-Strahlung, die praktisch nicht mehr im Sonnenspektrum enthalten ist und künstlich durch umweltbedenkliche Lampen erzeugt wird, möchten wir für den Schadstoffabbau und die Photokatalyse einsetzen. Neuartige Biphenyl-Annihilatoren werden die Schlüsselspezies darstellen, um den Energierekord in der Aufwärtskonversion zu brechen und grundlegend neue Effekte, auch im Bezug auf die Lösungsmittelabhängigkeit, zu studieren und auszunutzen. Im zweiten Projektteil möchten wir ein Konzept zur Reaktivitätskontrolle hervorbringen, das es ermöglichen soll, mit der Lichtintensität zwischen reduktivem und oxidativem Reaktionsverhalten zu „schalten“. Die geplanten Aufwärtskonversions-Systeme bestehen aus einem stark reduzierend wirkenden Sensibilisator (aktiv bei geringen Intensitäten), während der angeregte Annihilator-Singulett, der nur bei höheren Intensitäten gebildet wird, ein starkes Photooxidationsmittel ist. Das Ziel dieses Teilprojekts ist die Kombination dieser Methodik des Schaltens der Reaktivität mit diversen katalytischen Photoredox-Reaktionen im Labormaßstab.Die zu erwartenden Resultate dieses Projekts werden erheblich zur Entwicklung nachhaltigerer photochemischer Prozesse beitragen, wobei sich Nachhaltigkeit durch die Vermeidung quecksilberbasierter UV-Lichtquellen und das Zurückgreifen auf vielseitig anwendbare katalytische Verfahren definiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen