Photosensibilisiertes Schalten von Norbornadienen gebunden an Kupfer-Indium-Sulfid-Quantenpunkten

• Antragsteller: Dr. Till Zähringer
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 582279194

Der Übergang von fossilen Brennstoffen zu nachhaltigen Energiesystemen erfordert neue Strategien zur Speicherung und Nutzung von Sonnenenergie. Molekulare Solarthermie-Systeme (MOST) auf Basis des Norbornadien/Quadricyclan-Photoschalters zählen zu den vielversprechendsten molekularen Energieträgern, da sie Sonnenlicht in eine stabile, energiereiche chemische Form umwandeln. Bestehende Norbornadien-basierte MOST-Materialien weisen jedoch zentrale Einschränkungen auf, darunter eine unzureichende Effizienz, die Notwendigkeit von UV-Strahlung und geringe Energiespeicherdichten. Diese Defizite verhindern bislang ihren praktischen Einsatz. Das vorliegende Projekt verfolgt einen grundsätzlich neuen Ansatz, bei dem Norbornadien-Einheiten an Kupfer-Indium-Sulfid-Quantenpunkte (CIS-QPs) verankert werden. CIS-QPs absorbieren sichtbares Licht über einen breiten Spektralbereich und fungieren als Sensibilisatoren, sodass die Norbornadien/Quadricyclan-Umwandlung über einen Energietransfer ablaufen kann. Auf diese Weise lässt sich ein wesentlicher Teil des Sonnenspektrums nutzen. Die Wahl von CIS ist besonders vorteilhaft aufgrund der günstigen und gezielt einstellbaren photophysikalischen Eigenschaften sowie der ungiftigen, und aus verfügbaren Elementen bestehenden Zusammensetzung, die den Anforderungen an nachhaltige und skalierbare Energiespeichermaterialien entspricht. Das Projekt gliedert sich in vier Teilbereiche: (i) Design und Synthese von Norbornadien-Liganden mit maßgeschneiderten Ankergruppen für CIS-QPs; (ii) Entwicklung von CIS-QPs mit optimierten Oberflächen- und photophysikalischen Eigenschaften für effiziente Ligandenanbindung und Sensibilisierung; (iii) spektroskopische Aufklärung des Energietransfers und der anschließenden Photokonversion; sowie (iv) Entwicklung von Proof-of-Concept-MOST-Materialien, die wiederholt messbare Wärmemengen freisetzen können. Die erwarteten Ergebnisse werden den grundlegenden Energietransfermechanismus an der Grenzfläche zwischen Quantenpunkt und organischer Komponente in diesen hybriden Systemen aufklären und aufzeigen, wie sich dieser Mechanismus zur Etablierung eines neuen Konzepts für umweltverträgliche MOST-Materialien der nächsten Generation nutzen lässt. Meine Expertise im Bereich des molekularen Energietransfers und der Norbornadien-Photoschalter wird durch die Erfahrung von Professorin Paola Ceroni ergänzt, die das Projekt als Gastgeberin betreut und mich in der Synthese und Spektroskopie von Quantenpunkten anleiten wird. Die Durchführung dieses Projekts unter ihrer Betreuung an der Universität Bologna wird die Grundlage für meine eigenständige Forschungskarriere legen und mich mit den Fähigkeiten ausstatten, künftig eigene Forschungsprojekte zu leiten.

• DFG-Verfahren: Stipendium
• Internationaler Bezug: Italien
• Gastgeberin: Professorin Dr. Paola Ceroni