TRR 234:  Lichtgetriebene molekulare Katalysatoren in hierarchisch strukturierten Materialien – Synthese und mechanistische Studien

Fachliche Zuordnung Chemie
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Förderung Förderung seit 2018
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 364549901
 

Projektbeschreibung

Der Transregio-Sonderforschungsbereich CATALIGHT befasst sich mit grundlegenden Herausforderungen der Materialentwicklung für die durch Sonnenlicht angetriebene produktive Katalyse. Inspiriert durch die Konstruktionsprinzipien der natürlichen Photosynthese, entwickelt CATALIGHT Materialinnovationen, die zu künstlichen Chloroplasten führen sollen. Um dieses Ziel zu erreichen, verwendet CATALIGHT einen Molekül-in-Matrix-Ansatz, bei dem molekulare Photosensibilisatoren und Katalysatoren in funktionelle weiche Materie eingebettet werden. Dies führt zu idealen Modellsystemen für Studien zur lichtgetriebenen Reaktivität, Stabilität, Degradation und Reparatur. CATALIGHT wird generell anwendbare Synthesestrategien für die Entwicklung molekularer Photosensibilisatoren und Katalysatoren entwickeln, wobei ein Schwerpunkt auf dem Ersatz herkömmlicher edelmetallbasierter Verbindungen durch nichtedelmetallbasierte Alternativen liegt. Zudem werden neue Synthesewege zu funktionellen Polymer-Matrices erarbeitet, welche die ortsspezifische Verankerung molekularer reaktiver Komponenten ermöglichen. CATALIGHT wird Molekül-Matrix-Wechselwirkungen und hierarchische Matrixstrukturierung nutzen, um synergistische Reaktivität und Stabilität zu ermöglichen. Lichtgetriebene reduktive und oxidative Katalysen werden durch Ladungstransfer-Matrices gekoppelt, um künstliche Photosynthese, z. B. für die komplette Wasserspaltung in H2 und O2 zu ermöglichen. Die Integration der vielversprechendsten Systeme in Durchfluss-Photoreaktoren ausgestattet mit Online-Analytik wird beispiellose Einblicke in deren Reaktivität unter lichtgesteuerten katalytischen Bedingungen ermöglichen. Experimentelle in situ/operando-Methoden werden mit theoretischen Studien kombiniert, um die photochemische Reaktivität über verschiedene Längen- und Zeitskalen hinweg zu rationalisieren. CATALIGHT erwartet, dass dieser umfassende mechanistische Ansatz zu einem tieferen Verständnis neuer - sogar unerwarteter - Phänomene führen wird, die sich aus Molekül-in-Matrix-Systemen ergeben. CATALIGHT geht weit über den aktuellen Stand der Technik hinaus, um neue Themen im Bereich der Komponenten-, Material- und Reaktorkonstruktion erforschen, die von aktiver molekularer Reparatur bis hin zu Stimulus-abhängiger Reaktivitätsregulierung und verbesserter katalytischer Leistung durch adaptive, dynamische Prozesssteuerung reichen. CATALIGHT wird zu neuen Paradigmen führen, welche die Grenzen zwischen molekülbasierter Reaktivität, bottom-up-Materialdesigns und top-down Reaktorintegration durchbrechen. Dies wird zu grundlegend neuen, wissensbasierten Konzepten für die lichtgesteuerte produktive Chemie in hybriden Materialien führen und neue Forschungsmöglichkeiten für Chemie, Biologie, Materialwissenschaft und Verfahrenstechnik eröffnen.
DFG-Verfahren Transregios

Laufende Projekte

Abgeschlossene Projekte

Antragstellende Institution Friedrich-Schiller-Universität Jena
Mitantragstellende Institution Universität Ulm
Beteiligte Hochschule Johannes Gutenberg-Universität Mainz; Universität Wien
Beteiligte Institution Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. (IPHT); Max-Planck-Institut für Polymerforschung
Sprecher Professor Dr. Benjamin Dietzek-Ivansic, seit 7/2022; Professor Dr. Sven Rau, bis 6/2022