Entwicklung und Untersuchung neuartiger Norbornadien- und Anthracenderivate für die effiziente photochemische Umwandlung und Speicherung von (Sonnen-)Licht

• Antragsteller: Professor Dr. Heiko Ihmels
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563533943

Die Entwicklung von nachhaltigen Methoden zur Umwandlung, Speicherung und Freisetzung von Energie ist eine der wichtigsten und dringlichsten wissenschaftlichen und gesellschaftlichen Herausforderungen. Dabei ist insbesondere die Nutzung von Sonnenlicht sehr attraktiv, denn es ist eine nahezu unerschöpfliche und starke Energiequelle. Folglich wurden bereits effektive Verfahren zur Sonnenenergienutzung entwickelt, die bereits in der Praxis angewendet werden. Jedoch sind je nach Standort und Verwendungszweck anwendungsspezifische Bedingungen für Speicherung, Transport und Abgabe von Energie erforderlich, so dass es weiterhin Bedarf an alternativen Solarenergiespeichern gibt, die die bestehenden ergänzen oder optimieren. Vor diesem Hintergrund befasst sich dieses Projekt mit dem vielversprechenden Ansatz zur Umwandlung und Speicherung von Sonnenlichtenergie in chemische Energie mittels einer photochemischen Reaktion. Mit dieser als molekulare Solarthermiespeicherung (engl. Abk.: MOST) bezeichneten Methode werden photoaktive Verbindungen verwendet, die bei der Absorption von (Sonnen-)Licht in Photoprodukte mit höherer Energie umgewandelt werden. Diese Reaktion ist vollständig reversibel, so dass die gespeicherte chemische Energie wieder in einer induzierten Rückreaktion als Wärme freigesetzt werden kann. Diesem Ansatz folgend soll in diesem Projekt die lichtinduzierte reversible Bildung von energiereichen Photoprodukten von Norbornadien und (Azonia)anthracenderivaten weiterentwickelt und optimiert werden. Aufbauend auf eigenen Vorarbeiten besteht das wichtigste Ziel darin, die strukturellen Faktoren zu identifizieren, die ein optimales Gleichgewicht zwischen den Schlüsselparametern der photochemischen Energieumwandlung, -speicherung und -abgabe ermöglichen. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse sollen genutzt werden, um neue Generationen von effizienten molekularen Energiespeichern zu entwickeln. Konkret sollen folgende bisher noch nicht umfassend geklärte Aspekte im Detail untersucht werden: Die Energiespeicherdichte von Norbornadienderivaten soll verbessert werden durch i) systematische Entfernung redundanter Fragmente aus dem Zielmolekül, ii) oder durch die Integration möglichst vieler Norbornadieneinheiten in einem Molekül. Da weiterhin Bedarf an MOST-Systemen mit einer zuverlässigen und effizienten Energie freisetzenden Rückreaktion besteht, soll die photoinduzierte Elektronentransferreaktion systematisch als effizienter Weg untersucht werden, der durch Bestrahlung mit hoher lokaler und zeitlicher Kontrolle ausgelöst werden kann. Die reversible [4+4]-Photocycloaddition von Anthracen- und Benzo[b]chinolizinium-Derivaten zur Umwandlung und Speicherung von Sonnenlicht wurde bislang erstaunlicherweise vernachlässigt. Daher soll diese Reaktionsklasse erstmals umfassend als Grundlage für MOST-Systeme untersucht werden, da sie mehrere günstige Eigenschaften für eine effiziente und robuste Umwandlung und Speicherung von Sonnenenergie bietet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen