Grundlegende Untersuchungen zu photoschaltbaren Iminen (PSI) und Erkundung ihrer Anwendung bei der Speicherung von Solarenergie

• Antragsteller: Dr. Jake Greenfield
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556072458

Die Licht-Materie-Wechselwirkung photochromer Moleküle hat sich als robuste Methode für die netzunabhängige Speicherung von Solarenergie erwiesen, insbesondere in molekularen solarthermischen Systemen (MOST). In diesem Forschungsplan werden die neuesten, kürzlich von unserer Gruppe identifizierten Imin-basierten Fotoschalter aus grundlegender Sicht (Schwerpunkt A) und ihrer Anwendung in der Energiespeicherung und in neuartigen Funktionssystemen (Schwerpunkt B) untersucht. Insbesondere haben wir entdeckt, dass Arylimine so entwickelt werden können, dass sie nützliche photochrome Eigenschaften aufweisen. Zu den Vorteilen dieser auf Iminen basierenden Schalter gegenüber anderen etablierten Klassen gehören die kommerzielle Verfügbarkeit der Bausteine, die skalierbare Synthese und die quantitative Ausbeute. Eine zentrale Herausforderung für die Verwendung dieser Imine als MOST-Materialien ist die Verbesserung der Energiespeichereigenschaften bei gleichzeitiger Beibehaltung einer angemessenen thermischen Halbwertszeit. Unser Vorschlag umfasst vier Arbeitspakete (WPs). Im Arbeitspaket 1 wollen wir durch die systematische Untersuchung verschiedener Kombinationen von Aldehyd- und Aminkomponenten ein umfassendes Verständnis der Beziehung zwischen Struktur und photostabilen Eigenschaften und ihrer Neigung, Energie im metastabilen Zustand zu speichern, im Zusammenhang mit MOST-Materialien entwickeln. In WP2 werden wir strukturell ähnliche Ketimine erforschen, die einzigartige Möglichkeiten zur strukturellen Kontrolle und auch das Potenzial für eine umgekehrte Stabilität der E/Z-Isomere bieten, was durch erste Untersuchungen unterstützt wird. WP3 wird untersuchen, wie sekundäre DC-Wechselwirkungen, insbesondere die Bildung von Iminoboronaten, die Photoschalteigenschaften und die Stabilität der isomeren Formen weiter abstimmen können, wobei erste Ergebnisse bereits vielversprechend sind. Schließlich werden in WP4 die Photoschalter im Zusammenhang mit MOST-Materialien untersucht. Wir werden zwei Strategien untersuchen, die die Energiespeicherung erhöhen sollen, ohne die thermische Halbwertszeit zu beeinträchtigen. Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass Arylimine in der kondensierten Phase photoisomerisieren können, einen negativen Photochromismus aufweisen und eine gute photo- und hydrolytische Stabilität besitzen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich dieser Vorschlag auf die Erforschung neuartiger Fotoschalter auf Iminbasis konzentriert. Wir wollen das Instrumentarium der verfügbaren photochromen Verbindungen erweitern, neue Motive zur Abstimmung der Photoschalteigenschaften identifizieren, die Energiespeicherung im metastabilen Zustand verbessern, diese zugänglichen Materialien in MOST-Anwendungen nutzen und neue Anwendungen finden, in denen sich diese Photoschalter auszeichnen. Unsere vorläufigen Untersuchungen in jedem dieser Bereiche stärken das Vertrauen in unseren Vorschlag.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien