Maßschneidern von heteroleptischen Kupferphotosensibilisatoren und deren photophysikalische Charakterisierung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Michael Karnahl; Professorin Dr. Stefanie Tschierlei
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404309418

Die ausreichende und umweltfreundliche Versorgung mit Energie ist eine der größten Herausforderungen dieses Jahrhunderts. In diesem Zusammenhang stellt die vermehrte Nutzung des Sonnenlichtes eine vielversprechende Option dar, welche die Entwicklung effizienter, kostengünstiger und nachhaltiger Photosensibilisatoren erfordert. Darüber hinaus sollte ein idealer Photosensibilisator eine starke Absorption im sichtbaren Bereich, langlebige angeregte Zustände, ein reversibles elektrochemisches Verhalten und eine hohe Stabilität besitzen.Bisher basieren die meisten molekularen Sensibilisatoren auf seltenen und edlen Metallen wie Iridium oder Ruthenium, was ihre großflächige Anwendung stark einschränkt. Im Gegensatz dazu sind Komplexe, welche reichlich vorhandene Metallen nutzen, viel weniger erforscht. Um jedoch solche Systeme in die Praxis überführen zu können, muss dies geändert werden. In dieser Hinsicht besitzen insbesondere photoaktive Kupfer(I) Komplexe ein großes Potential.Daher befasst sich das vorliegende Projekt mit der Entwicklung von maßgeschneiderten heteroleptischen Cu(I) Photosensibilisatoren und der detaillierten Untersuchung ihrer angeregten (Triplett)Zustände sowie ihrer Ladungstransferprozesse. Zu diesem Zweck werden verschiedene Designstrategien, wie z.B. der Austausch klassischer Diphosphinliganden durch heterobidentate P^N-Liganden oder eine direkte Verbindung von Diimin und Diphosphinligand angewendet, um Stabilität und Absorptionsvermögen zu erhöhen. Ferner werden zusätzliche Einheiten zur Elektronenspeicherung integriert, die es ermöglichen sowohl die Redoxeigenschaften als auch die Effizienz und Zeitkonstante des photoinduzierten Elektronentransfers zu beeinflussen.Die neu entwickelten Cu(I) Komplexe werden systematisch sowohl durch stationäre als auch zeitaufgelöste transiente Absorptions- und Emissionsspektroskopie untersucht, um die zugrundeliegenden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen aufzuklären und um die Natur der angeregten Zustände zu verstehen. Dies soll letztendlich zu Syntheserichtlinien führen, d.h. in Konzepten zur optimalen Wahl der Liganden, der Art und Position der Substituenten und der Art des Elektronenspeichers. In einem iterativen Prozess werden diese Erkenntnisse dazu eingesetzt, um diese Kupferphotosensibilisatoren weiter zu verbessern.Darüber hinaus sollen diese heteroleptischen Cu(I) Komplexe erstmalig für Photon-Upconversion Prozesse eingesetzt werden. Infolgedessen wird die Fähigkeit dieser Substanzklasse Photonen niedriger Energie in höherenergetische Photonen umzuwandeln ermittelt, was letztendlich die Möglichkeit bietet einen breiteren Bereich des Lichts zu nutzen.Folglich möchte dieses Projekt durch die Kombination von Synthese, Charakterisierung und Anwendung Kupferphotosensibilisatoren im Rahmen des SPP 2102 als geeignete Alternative zu herkömmlichen Edelmetallsystemen etablieren. Dies wird letztlich zu einer besseren Nutzung von Sonnenlicht als saubere Energiequelle beitragen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2102: Licht-kontrollierte Reaktivität von Metallkomplexen