Ultraschnelle Dynamik und Kohärenz in nachhaltigen Metallkomplexen der nächsten Generation

• Antragsteller: Dr. Winald Robert Kitzmann
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544956268

Licht ist die zentrale Komponente in der optischen Sensorik, der Photovoltaik und der Photokatalyse. Diese Technologien benötigen ein Molekül, das Licht absorbieren und diese Energie kurzzeitig speichern kann, um die erwünschten Prozesse anzutreiben. Dafür sind Übergangsmetallkomplexe besonders vielversprechende Kandidaten. Vor allem die Komplexe von Edelmetallen zeigen langlebige elektronisch angeregte Zustände, die in der Lage sind, Energie zu speichern. Daher hat sich die Forschung auf diesem Gebiet lange auf diese Materialen fokussiert. Allerdings ist deren Anwendung in industriellem Maßstab durch die geringe Häufigkeit der Edelmetalle limitiert. Im Gegenzug besitzen Komplexe häufiger Metalle meist nur sehr kurzlebige elektronisch angeregte Zustände und zeigen daher noch nicht die notwendige Leistungsfähigkeit in den angestrebten optischen Anwendungen. Das Ziel dieses Projekts ist es, eine neue Strategie für das Design von photoaktiven Eisen- und Kobaltkomplexen zu etablieren. In diesen Verbindungen sollen Deaktivierungspfade durch die selektive Destabilisierung bestimmter angeregter Zustände eingeschränkt werden. Dazu werden neue Komplexe synthetisiert, die Polypyridin- und Cyanidliganden in einer vielversprechenden tripodalen Geometrie kombinieren. Mit dieser Methode konnte in isoelektronischen Molybdän(0)-Komplexen die Lebensdauer des angeregten Zustands im Vergleich zur Literatur um den Faktor 500 gesteigert werden. Die Lage der angeregten Zustände, die Dynamik nach Lichtanregung sowie das Wechselspiel der beiden Faktoren wird durch moderne zeitaufgelöste Spektroskopie untersucht. Die Ergebnisse werden grundlegende Erkenntnisse über die elektronische Struktur dieser Verbindungen sowie neue Möglichkeiten für die Optimierung des molekularen Designs offenbaren. Insbesondere sollen durch ultrakurze Laserpulse Kohärenzen aufgedeckt werden, die direkte Auskunft über die Verbindung zwischen photophysikalischen Prozessen und molekularen Bewegungen geben. Die vorgeschlagene Kombination von molekularem Design und mächtigen spektroskopischen Methoden wird unser Verständnis von Eisen- und Kobaltkomplexen erweitern und den Weg für Komplexe häufiger Metalle bahnen, die in der Zukunft nachhaltige lichtgetriebene Anwendungen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Dr. Gabriela S. Schlau-Cohen