(Jena) – Ein Team des Sonderforschungsbereichs „CataLight“ der Universitäten Jena und Ulm hat neuartige organische Farbstoffe mit edelmetallfreien Katalysatormolekülen kombiniert. Diese setzen unter Lichtbestrahlung in Wasser gasförmigen Wasserstoff frei. In einer jetzt veröffentlichten Studie heißt es, das Substitut habe einen „bemerkenswerten Einfluss in Bezug auf Langlebigkeit und Wirkung nach der Anregung durch sichtbares Licht gezeigt“.
Photosynthese als Inspiration
Inspiriert wurden die Forscher der Friedrich-Schiller-Universität, des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) und der Universität Ulm nach eigenem Bekunden von der Natur: „Dort findet die effektivste Speicherung von Sonnenlicht in chemischen Bindungen in der Photosynthese statt.“ In den Chloroplasten sind „die Lichtsammel- und Reaktionskomplexe in der Thylakoidmembran fest angeordnet“, so die Wissenschaftler. Eine solche Anordnung erreichten die Forscher der Arbeitsgruppe um Felix Schacher mithilfe von Polymeren, die sowohl mit hydrophilen als auch hydrophoben Stoffen interagieren, heißt es in einer Mitteilung. Diese geladenen Propfcopolymere werden künstlich hergestellt.
Organische Farbstoffe
Während die meisten Ansätze künstlicher Photosynthese auf Edelmetallkomplexe als lichtabsorbierende Materialien setzten, werde in der Arbeitsgruppe von Kalina Peneva an metallfreien Farbstoffen gearbeitet. Die Jenaer nutzten Rylen-Farbstoffe, die besonders stabil gegenüber Licht und chemischen Prozessen seien.
„Die in der Forschung eingesetzten, lichtabsorbierenden Metallkomplexe enthalten oftmals Ruthenium oder Iridium. Diese Metalle machen am Massenanteil der Erdkruste allerdings weniger als 0,1 Millionstel Prozent aus,“ so Kalina Peneva, und deren Nutzung sei daher limitiert. Der Einsatz von photoaktiven Verbindungen auf organisch-chemischer Basis sei „deutlich nachhaltiger als die Verwendung von Schwermetallen“.
Energieniveau anpassen
Mit der Absorption von Licht allein entstehe allerdings noch kein Wasserstoff. Hierzu müssten „die Energieniveaus der Farbstoffe und Katalysatormoleküle nach der Absorption präzise zueinander passen“. Um diese Energieniveaus zu ermitteln, nutzten die Forscher der Arbeitsgruppe um Benjamin Dietzek spektroskopische Methoden, bei denen aus der Wechselwirkung von Materie mit definiertem Licht unter anderem Rückschlüsse auf die aufgenommene und im Molekül verbliebene Energie gezogen werden könnten.
Deep Link
https://www.uni-jena.de/201222_Catalight
Publikation
D. Costabel, A. Skabeev, A. Nabiyan, Y. Luo, J. Max, A. Rajagopal, D. Kowalczyk, B. Dietzek, M. Wächtler, H. Görls, D. Ziegenbalg, Y. Zagranyarski, C. Streb, F. H. Schacher, K. Peneva: 1,7,9,10‐tetrasubstituted PMIs accessible via decarboxylative bromination: Synthesis, Characterization, Photophysical Studies and Hydrogen Evolution Catalysis. Chemistry – A European Journal (2020). DOI: 10.1002/chem.202004326
https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.202004326
Foto
Forschende der Universitäten Jena und Ulm produzieren Wasserstoff mithilfe von neuartigen Farbstoffen, edelmetallfreien Katalysatormolekülen und Licht. © Anne Günther/Universität Jena
