Anti-Dissipations Solare Energieumwandlung

• Antragsteller: Dr. Alejandro Cadranel
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550140216

Die endgültige Ersetzung fossiler Brennstoffe durch solare Brennstoffe erfordert jedoch eine Verbesserung der heute verfügbaren Umwandlungswirkungsgrade. Diese sind auch bei der natürlichen Photosynthese nicht sehr hoch, wenn man die Umwandlung von Sonnenenergie in Brennstoffe betrachtet. Photosynthetische Chromophore verlieren ein Viertel der Energie des absorbierten Lichts durch innere Umwandlung (IU), gefolgt von Schwingungsentspannungen (SE) zu den energetisch niedrigsten Anregungszuständen. IU und SE bilden eine Zerfallskaskade für die Population im angeregten Zustand welche den niedrigsten angeregten Zustand binnen Sub-Nanosekunden erreichen. In diesem Projekt geht es um die Verzögerung dissipativer IU/SE durch die Entwicklung hoher kinetischer Barrieren die diese Prozesse blockieren. Dies ist Voraussetzung um hochenergetische angeregte Zustände einzufangen. Durch eine solche Verzögerung kann man bimolekulare oder weitreichende Reaktionen ermöglichen, wodurch die absorbierte Photonenenergie maximal genutzt werden kann. Zu diesem Zweck werden wir die Forschung an bi-metallischen Ruthenium-Chromophoren fortsetzen, diese zeigten in vorangegangenen Studien ein Anti-Kasha-Verhalten auf. Wir konnten zeigen, dass ein hochenergetischer angeregter Zustand in bimolekularen photoinduzierten Elektronentransferreaktionen mit einem Elektronendonor beteiligt ist, welche die Katalysatoraktivierung der künstlichen Photosynthese nachahmt. Bei dieser Reaktion entsteht ein hochenergetischer reduzierter Anti-Kasha-Komplex mit einer Lebensdauer von einer Mikrosekunde dank einer hohen Barriere für die IU zum niedrigsten Energiezustand. Dies verringerte die Energie um 140 meV im Vergleich zu einem ähnlichen Schema welches die Kascha-Regel einhält. Systematische Modifikationen des Chromophor-Rückgrats durch Verwendung von elektronenannehmender und elektronenabziehender Substituenten sowie Osmium- und Iridium-Chromophoren mit ähnlichen Strukturen sollen untersucht werden, um Struktur-Anti-Kasha-Verhältnisse abzuleiten mit dem Ziel die Menge an eingesparter Energie zu maximieren. Der Fokus dieses Vorhabens wird die Synthese und Charakterisierung sein. Die Charakterisierung wird traditionelle photochemische Techniken, Spektroelektrochemie sowie ultraschnelle transiente Absorptionsspektroskopie im Femto- bis Mikrosekundenbereich beinhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien
• Partnerorganisation: Fonds National de la Recherche Scientifique - FNRS
• Kooperationspartner: Professor Dr. Ludovic Troian-Gautier