Licht-getriebene Ladungsakkumulation basierend auf Photosensibilisatoren mit hoher Reduktionskraft aus gut verfügbaren Metallen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Katja Heinze
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501188872

Photoinduzierter Elektronentransfer ist ein elementarer Reaktionsschritt der natürlichen Photosynthese und spielt damit eine Schlüsselrolle bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Biomasse. Der Transfer von einzelnen Elektronen ist heute recht gut verstanden, aber die Akkumulation von mehreren Elektronen ist nach wie vor eine große Herausforderung. Die künstliche Photosynthese hängt von Multi-Elektronentransferreaktionen ab, da die Umwandlung von energiearmen Edukten in energiereichere Produkte zwangsläufig mehrere Redox-Ereignisse beinhaltet. Dieses Konsortium wird neue Konzepte für die lichtgetriebene Akkumulation multipler Redox-Äquivalente entwickeln, um das grundlegende Funktionsprinzip zu entschlüsseln. (1) Wir werden neue Photosensibilisatoren aus reichlich vorhandenen Übergangsmetallen verwenden, die eine höhere Reduktionskraft aufweisen als bekannte Photosensibilisatoren auf Edelmetallbasis; (2) wir werden neue molekulare Elektronenspeichereinheiten entwickeln, mit deren Hilfe wir das Konzept der Redoxpotentialinversion nutzen können, um die lichtgetriebene Akkumulation von Redoxäquivalenten zu erleichtern; (3) wir werden modernste Zweipuls-Zweifarben-Pump-Pump-Abfrage-UV-Vis-Absorptionsspektroskopie verwenden, um die aufeinanderfolgende Übertragung mehrerer Elektronen zu überwachen. In der ersten Projektphase liegt der Schwerpunkt auf dem Entwurf und der Entwicklung von Photosensibilisatoren (HiPoPS) mit hohem Potential auf der Grundlage von Molybdän(0)-Komplexen, gesteuert durch computergestützte Chemie. Die zweite Projektphase wird sich auf die Synthese, die photochemische Charakterisierung und das theoretische Verständnis neuartiger Photosensibilisator-Akzeptor (PS-A)-Dyaden mit Akzeptoren konzentrieren, die bis zu zwei Elektronen speichern können. Parallel dazu werden in der zweiten Projektphase neue Elektronenakzeptoren entwickelt und erforscht, die eine Redoxpotentialinversion aufweisen. Die neuen Akzeptoren werden in der Lage sein, bis zu vier Redoxäquivalente zu akkumulieren und zu speichern. Sie werden kovalent mit zwei HiPoPS-Einheiten verbunden, wodurch PS-A-PS-Triaden entstehen. Die dritte Projektphase zielt auf vollständig integrierte (vollständig kovalente) molekulare Pentaden D-PS-A-PS-D ab, die aus zwei peripheren Donoren D bestehen, die über zwei Mo0-HiPoPS mit einem zentralen Akzeptor A verbunden sind. Die drei beteiligten Teams verfügen über komplementäre Expertise im Bereich der Entwicklung von Polypyridin-Liganden und Metallkomplexen, Isocyanid-Chelaten und dem Design von langlebigen MLCT-Zuständen in 4d6-Metallkomplexen mit Computermethoden. Die drei beteiligten Teams verfügen über komplementäre Hintergründe und Fachkenntnisse über photoinduzierten Elektronentransfer, über bioinspirierte gekoppelte Elektronen- und Protonenübertragung, über theoretische Aspekte von Ladungstransferprozessen im angeregten Zustand und über lichtgesteuerte Ladungsakkumulation in molekularen Systemen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Schweiz
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency; Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Isabelle Dixon; Professor Dr. Oliver S. Wenger