Lebe lang und erfolgreich – Koordinationsinduzierte Schaltung von Spinzuständen in lichtaktiven 3d8 Komplexen

• Antragsteller: Dr. Stephan Kupfer; Professor Dr. Dirk Schwarzer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560796377

Edelmetallkomplexe dominieren das Forschungsfeld im Bereich lichtgetriebener Anwendungen und photoaktiven Materialien. Gerade 4d- und 5d-Übergangsmetallkomplexe weisen wünschenswerte photophysikalische Eigenschaften auf, wie starke Absorption, Photostabilität und lange Lebensdauern im angeregten Zustand. Solche Merkmale befähigen sie zu einer Vielzahl von Photoanwendungen, darunter auf dem Gebiet der Sensorik, intelligenter Farbstoffe, Informationsverarbeitung und -speicherung sowie im Bereich der Photokatalyse. Aufgrund der Seltenheit dieser Metalle und der damit verbundenen hohen Kosten, ist ihre umfassende Anwendung jedoch limitiert. In der letzten Dekade hat das Interesse an häufigen und somit günstigeren, 3d-Übergangsmetallkomplexen für lichtgetriebene Anwendungen erheblich zugenommen. Leider weisen solche 3d-Übergangsmetallkomplexe im Vergleich zu ihren 4d- und 5d-Alternativen oft relativ kurzlebige angeregte (Spin-)Zustände auf. Dennoch gibt es aufgrund jüngerer intensiver Forschungsbemühungen mittlerweile eine wachsende Anzahl von lumineszenten und photokatalytisch-aktiven 3d-Metallkomplexen, welche mit etablierten Edelmetallverbindungen konkurrieren können. Eine Möglichkeit, die Lebensdauer des angeregten Zustands solcher 3d-Komplexe zu steigern, besteht in einem Prozess, der als Photo-Switching bekannt ist. Bei Lichtinteraktion wechselt der Spinzustand des Systems, was die Lebensdauer des angeregten Zustands verlängert und sein Emissionsverhalten verbessert. Ein solches Verhalten tritt jedoch nur in speziellen Komplexen auf, bei denen chemische, elektronische und geometrische Faktoren sorgfältig berücksichtigt und optimiert wurden. Unser Forschungsteam, das sich auf Synthese-, Spektroskopie- und Berechnungsexpertise stützt, wird sich auf eine Klasse quadratisch-planarer 3d8-Komplexe, wie z.B. Ni(II) konzentrieren. In unserem Projekt werden wir die lichtgesteuerten Prozesse untersuchen, die mit dem interaktiven Spin-Zustandswechsel vom Low- zu High-Spin verbunden sind, und dabei eine Reihe theoretischer und experimenteller Methoden einsetzen. Auf Grundlage der ermittelten Struktur-Eigenschafts-Beziehungen werden wir neue Designprinzipien ableiten, die es uns ermöglichen, die Lebensdauer des angeregten High-Spin-Zustands weiter zu steigern. Dies wird einen entscheidenden Schritt darstellen, hin zum Einsatz von „grünen“ und günstigen 3d-Metallkomplexen auf den Gebieten der photophysikalischen und photochemischen Anwendungen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2491: Interaktives Schalten von Spinzuständen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Dr. Oliver S. Wenger