Photoaktive Membranen für artifizielle Photosynthese - Präparative Ansätze und spektroskopische Charakterisierung

• Antragsteller: Professor Dr. Benjamin Dietzek-Ivansic; Professor Dr. Ulrich S. Schubert; Professor Dr. Andrey Turchanin
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 219397742

Das Projekt zielt auf die Integration molekularer Komponenten, d.h. Photokatalysatoren und redox-aktive Antennenkomplexe, in jüngst entwickelte Kohlenstoffnanomembranen. Diese neuen zu erforschenden Materialsysteme können dann perspektivisch in photokatalytischen Zellen zum Einsatz kommen. Das Projekt zur Erforschung neuer photoaktiver Membranen für die artifizielle Photosynthese wird verschiedene Fragestellungen an der Schnittstelle zwischen Materialwissenschaft und Physikalischer Chemie adressieren: (i) Entwicklung on neuen Kohlenstoffnanomembranen, die mit Modellsystemen für Elektronendonoren, Elektronenakzeptoren und Photosensibilisatoren funktionalisiert sind; (ii) Entwicklung neuer synthetischer Protokolle für die Herstellung von Kohlenstoffnanomembranen, die selber (ohne Oberflächenfunktionalisierung) neue Funktionalitäten tragen, d.h. die Entwicklung von synthetischen Protokollen zur Integration von Photosensibilisatoren und Elektronendonoren und -akzeptoren in die Ebene der Membranen; (iii) Entwicklung eines mechanistischen Verständnisses für die Licht-induzierten Elementarreaktionsschritte innerhalb der neuen Kohlenstoffnanomembranen und eine proof-of-concept Demonstration der photokatalytischen Wasserstofferzeugung von den neuartigen, mit Kobaltkatalysatoren funktionalisierten Kohlenstoffnanomembranen. Das Projekt zielt darauf ab, die konzeptionelle Basis für das Design von photokatalytisch aktiven Kohlenstoffnanomembranen für die artifizielle Photosynthese zu schaffen. Die supramolekularen Systeme, die im Rahmen des Projekts untersucht werden sollen, basieren auf molekular-dünnen Kohlenstoffnanomembranen, die auf jeder ihrer beiden Seiten spezifisch und unabhängig voneinander funktionalisiert werden können. Das Augenmerk dieses Projekts wird (noch) nicht auf der Bauteilintegration solcher Membranen z.B. in photokatalytische Zellen liegen sondern auf die Etablierung der grundlegenden Designprinzipien abzielen. Zusätzlich sollen zentrale mechanistische Studien zu den photoinduzierten Reaktionsschritten, die der angestrebten Funktion der Membranen zugrunde liegen, durchgeführt werden. Die Kohlenstoffnanomembranen werden im Rahmen dieses Projekts mit Ru(II)-Polypyridinkomplexen funktionalisiert, die als licht-absorbierende Einheiten und primäre Elektronendonoren fungieren. In dem angestrebten Design der photoaktiven Kohlenstoffnanomembranen werden die Elektronendonoren auf eine Seite der Membran aufgebracht, während die zweite Seite der Membran orthogonal funktionalisierbar korrespondierende Akzeptoreneinheiten tragen wird. Dieses Design befördert die Ausbildung von ladungsseparierten Zuständen unter Lichtbestrahlung. Diese ladungsseparierten Zustände sind dadurch charakterisiert, dass photooxidierte und photoreduzierte Spezies räumlich durch die Membran getrennt sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen