Forschungsgebiete

(gemeinsam mit Prof. Peter Bäuerle, Uni Ulm)Externer Link

Das Projekt A2 zielt auf die Synthese, Charakterisierung und Anwendung einer Reihe von molecu-larg definierten, edelmetallfreien und hochkatalytisch aktiven Wasserreduktionskatalysatoren für die photo- und photoelektrokatalytische Wasserstoffevolutionsreaktion (HER) unter sichtbarem Licht. Die Neuartigkeit und das Gesamtziel des Projekts besteht in der Entwicklung einzigartiger Hybridmoleküle PS-CAT, die sichtbares Licht absorbierende Photosensibilisatoren (PS) und katalytisch aktive Metallzentren (CAT) eng kovalent miteinander verbinden und so einen lichtinduzierten Elektronentransfer ermöglichen, der HER antreibt. Darüber hinaus werden die typischerweise verwendeten teuren Edelmetallkatalysatoren und Photosensibilisatoren auf Iridium- oder Rutheniumbasis in gängigen HER-Systemen durch metallfreies organisches PS und durch erdreiches 3d- und 4d-Übergangsmetall (Fe, Mo) als CAT ersetzt.

Das Projekt basiert auf Vorarbeiten zu[FeFe]-Komplexen, die ka-talytisch aktive Zentren in natürlichen Hydrogenasen nachahmen und als Photokatalysatoren unter Bestrahlung effizient Wasserstoff entwickeln, und zu konjugierten Donor-Akzeptor-Oligothiophenen, die stark Licht im sichtbaren Bereich absorbieren und auf Halbleiterelektroden immobilisiert wurden, um die photoelektrokatalytische Wasserstoffentwicklung zu stimulieren.

Im Rahmen des Projekts A2 werden wir daher auf den beiden Ansätzen aufbauen und uns auf die Entwicklung von PS-CAT-Hybriden konzentrieren, indem wir Germole- und Stannole-Analoga als PS zu Diiron-Komplexen wie CAT (Arbeitspaket WP1, Jena) und sichtbares Licht absorbierendes PS auf -konjugierten Thienoazenen (WP2, Ulm) eng verknüpfen. Die synthetischen Arbeiten an PS-CAT-Hybriden werden durch die Zusammenarbeit mit CRC-Forschungsgruppen erweitert, die molekulare Mo-Lybdänsulfid (MoS)-Komplexe als alternative CAT-Einheit (Streb, Ulm, Projekt A5) und Rylen-Farbstoffe als alternative PS-Einheit (Peneva, Jena, Projekt A3) einführen. In einer späteren Phase wird die Komplexität der Oligomer-Metall-Hybride durch dendritische oder konjugierte Co-Polymerstrukturen erhöht. In einem nächsten Schritt und in Zusammenarbeit mit Projekten aus den CRC-Bereichen B und C werden die vielversprechendsten katalytisch aktiven PS-CAT-Hybride weiter funktionalisiert, um sie in heterogene Träger wie organische weiche Matrizen und Elektroden (WP3, Ulm/Jena) einbauen zu können. Die HER-Aktivität der homogenen und heterogenen PS-CAT-Systeme unter sichtbarem Licht wird in diesem und in Verbundprojekten (WP4, Jena) untersucht.