Photo-Mangan: Lumineszenz, Photo-Redox und Spin-State-Trapping

• Antragstellerin: Professorin Dr. Katja Heinze
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 583386910

Jüngste Fortschritte auf dem Gebiet der Licht-Materie-Wechselwirkungen haben die einzigartigen photophysikalischen und photochemischen Eigenschaften von Mangan-Komplexen mit d3-, d5- und d6-Elektronenkonfigurationen in starken Ligandenfeldern aufgezeigt. In unserer früheren Arbeit haben wir extrem lange Lebensdauern im angeregten Zustand für den Ligand-zu-Metall-Ladungstransfer (LMCT), den Metall-zu-Ligand-Ladungstransfer (MLCT) und high-spin-Zuständen für d3-Mangan(IV)-, d6-Mangan(I)- und d5-Mangan(II)-Komplexe mit geeigneten Ligandenfeldern nachgewiesen. Aufgrund dieser langen Lebensdauern eignen sich Komplexe dieser Art für Anwendungen in der Photoredox-Katalyse, der Energieumwandlung und der Informationsspeicherung. Die synthetische Chemie, Photophysik und Photochemie von Mangan-Komplexen in starken Ligandenfeldern sind jedoch stark unterentwickelt, und es gibt nur sehr wenige dokumentierte Beispiele, insbesondere im Vergleich zu den entsprechenden Eisenkomplexen. Dieser Projektvorschlag zielt darauf ab, diese Wissenslücke zu schließen und untersucht systematisch das Design, die Photophysik und die Photochemie von Mangan-Komplexen mit d3- bis d6-Elektronenkonfigurationen in starken Ligandenfeldern. Wir konstruieren Mangankomplexe, die auf einem vorherigen computergestützten Screening geeigneter Carben-Liganden für die verschiedenen Oxidationsstufen von Mangan basieren. Konkret werden wir nach geeigneten (relativen) Redoxpotentialen, Energien im angeregten Zustand und Verzerrungen im angeregten Zustand suchen. Die rechnerischen Ergebnisse werden für die Entwicklung stark photooxidierender d3-Mangan(IV)-LMCT-Photokatalysatoren, stark photoreduzierender low-spin-d6-Mangan(I)-MLCT-Photokatalysatoren, low-spin-d4-Mangan(III)-Spin-Crossover (SCO)-Komplexen und low-spin-d5-Mangan(II)-Komplexen, die Light-Induced-Excited-Spin-State-Trapping (LIESST) oder intensive Photolumineszenz zeigen, von entscheidender Bedeutung sein. Durch diese Arbeit werden wir den Anwendungsbereich und die Bandbreite von photoaktiven Übergangsmetallkomplexen auf Basis von in der Erde reichlich vorhandenen Elementen erweitern und damit den Stand der Technik in der Photophysik und Photochemie von Übergangsmetallen sowie die Methodenentwicklung verbessern, was den Weg für potenzielle großtechnische Anwendungen in der Photokatalyse, Energieumwandlung und Informationsspeicherung ebnet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen