1P2P_EnT - Effiziente Einphotonen(1P)- und neuartige Zweiphotonen(2P)-Mechanismen in der lichtgetriebenen Energietransfer(EnT)-Katalyse

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Kerzig
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516556094

Photochemische Anwendungen mit sichtbarem Licht erfreuen sich erheblicher Beliebtheit, einerseits wegen der grundsätzlichen Möglichkeit Sonnenstrahlung oder effiziente LEDs als Energiequelle zu verwenden und andererseits durch die damit verbundenen milden Reaktionsbedingungen. Die Energietransfer-Katalyse mit Triplett-Schlüsselspezies stellt dabei ein recht junges aber sehr vielversprechendes Teilgebiet dar. Aufbauend auf diverse mechanistisch orientierte Vorarbeiten mit Energietransfer-Schlüsselschritten, wollen wir nicht nur Konzepte entwickeln, um die Quantenausbeuten zu steigern (A), sondern auch Mechanismen entwickeln, die die konsekutive Absorption zweier sichtbarer Photonen ausnutzen (B), wobei neuartige Aktivierungsmodi ohne problematische UV-Strahlung ermöglicht werden sollen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen durch die Kombination aus aussagekräftigen spektroskopischen Methoden und anwendungsorientierten Bestrahlungsexperimenten intrinsische Schwierigkeiten überwunden werden und dadurch neue Mechanismen aufgeklärt sowie nutzbar gemacht werden. Der erste Projektteil (A) befasst sich mit Energietransfer-Sequenzen, die es durch Coulomb-Wechselwirkungen mit einem „Vermittler“-Triplett ermöglichen, die Geschwindigkeit entscheidender Zwischenschritte und die Produktausbeute bei der Photokatalyse sehr positiv zu beeinflussen. Im zweiten Teil des Projekts (B) stehen durch die Anregung mit zwei sichtbaren Photonen zugängliche, höher angeregte Triplett-Zustände Tn für die Etablierung neuer Reaktivitätsmuster im Vordergrund. Dabei sollen die Quantenausbeuten der Substrataktivierung einerseits durch Katalysator-Substrat-Vororganisation in Mizellen und andererseits durch die Erkenntnisse des ersten Projektteils (Coulomb-Wechselwirkungen und „Vermittler“-Tripletts mit langen Lebenszeiten der Tn-Zustände) gezielt gesteigert werden. Es wird durch aussagekräftige Vergleiche ein grundlegendes Verständnis der Schlüsselfaktoren für die möglichst effiziente Ausnutzung von Tn-Zuständen als katalytisch aktive Spezies angestrebt. Die zu erwartenden Projektresultate werden erheblich zur Entwicklung nachhaltigerer photo-chemischer Prozesse beitragen, da (i) die Effizienzen der Umwandlung von Licht in chemische Energie durch neue Konzepte gesteigert werden sollen und (ii) die Aktivierung reaktionsträger Substrate unter ungewöhnlich milden Bedingungen realisiert werden soll.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen