SPP 2102 - Teilprojekt: Paradigmenwechsel in der Triplett-Energietransfer-Katalyse: Von häufig vorkommenden Übergangsmetallen zu niedrigen Photonenenergien

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Quo vadis, Photokatalyse? Die katalytische Aktivierung von Substraten durch Triplett-Triplett-Energietransfer (TTEnT) stellt im Kontext der organischen Synthese eine Schlüsseltechnologie hin zu effizienter, selektiver und milder Nutzung des (sichtbaren) Lichts dar. Gleichzeitig steht das Feld jedoch vor entscheidenden Herausforderungen hinsichtlich Nachhaltigkeit sowie limitierter photonischer Energie. Diese Problemstellungen werden im Rahmen des interdisziplinären Projektantrags adressiert, der durch Hauptbeiträge der synthetischen (Glorius) und physikalischen Chemie (Guldi) gestützt wird. Aufbauend auf bisherigen Arbeiten zur Rationalisierung von TTEnT-Prozessen und dem Design optimierter TTEnT-Katalysatoren wurden zwei eng miteinander verwobene Arbeitspakete entwickelt, die einen Paradigmenwechsel im Bereich der TTEnT-Prozesse initiieren sollen:Der Fokus des ersten Arbeitspakets liegt auf der Entwicklung nachhaltiger Katalysatoren, welche die Notwendigkeit seltener Edelmetalle (Ru, Ir) vermeiden. Zu diesem Zweck wird eine integrierte Pipeline aus computergestützter Modellierung, Synthese und photophysikalischer Charakterisierung realisiert. Unter systematischer Optimierung der Carben-basierten Ligandenmotive sollen so emissive Cobalt(III)-Komplexe erhalten werden, deren TTEnT-Aktivität im Anschluss evaluiert wird. Eine entscheidende Technologie in dieser Hinsicht stellt transiente midIR-Spektroskopie dar, die eine detaillierte Charakterisierung der zugrundeliegenden molekularen Prozesse ermöglicht. Das zweite Arbeitspaket behandelt die Nutzung von Zwei-Photonen-Prozessen, um milden Zugang zu besonders hochenergetischen angeregten Zuständen zu ermöglichen. Einen Schwerpunkt wird die Entwicklung effizienter Vis→UV-Upconversion-Kaskaden basierend auf Triplett-Triplett-Annihilationsprozessen darstellen. Hierfür wird eine kombinatorische Evaluation potentieller Sensibilisator–Annihilator–Katalysator-Triaden durchgeführt, um schlussendlich TTEnT-Aktivierung von Substraten zu ermöglichen. Diese Evaluation geht Hand in Hand mit einer photophysikalischen Charakterisierung unter Verwendung zeitaufgelöster Spektroskopie, sowie die Untersuchung externer Stimuli wie Magnetfelder. Langfristig tragen diese beiden Arbeitspakete nicht nur zu einem tieferen Verständnis von TTEnT-Prozessen bei, sondern eröffnen – durch den Paradigmenwechsel hin zu nachhaltigen Systemen und niedrigen Anregungsenergien – vielfältige Perspektiven im Kontext der organischen Synthese und darüber hinaus.