Jena (Leibniz-IPHT). Forschende aus Jena und Ulm haben einen innovativen Ansatz entwickelt, um die Eigenschaften von Lichtabsorbierenden Materialien, sogenannten Chromophoren, gezielt zu beeinflussen. Dabei konzentrierten sie sich auf spezielle Eisenverbindungen, deren Reaktion auf Licht durch nur kleine Veränderungen in ihrer chemischen Struktur kontrolliert werden kann. Die Forschungsergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
Die Forschenden des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) sowie der Universitäten Jena und Ulm haben gezeigt, dass die Eigenschaften von speziellen Eisenverbindungen, die Licht aufnehmen, durch kleine Veränderungen in ihrer chemischen Struktur beeinflusst werden können. Diese Änderungen betreffen die sogenannte zweite Koordinationssphäre - einen Bereich des Moleküls, der zwar nicht direkt an das Eisenatom gebunden ist, aber trotzdem dessen Verhalten beeinflusst. Durch das Hinzufügen von Protonen reagieren die Eisenverbindungen anders auf das aufgenommene Licht. Diese Erkenntnisse sind wichtig, weil Eisenkomplexe als umweltfreundliche und leicht verfügbare Alternative zu Komplexen seltener Metalle wie Iridium oder Ruthenium in der Licht-Energie-Wandlung eingesetzt werden können.
Wie Eisenverbindungen das Licht einfangen
Chromophore sind Moleküle, die Licht absorbieren und die aufgenommene Energie beispielsweise in einem Elektronentransfer wieder abgeben können. Diese Fähigkeit der Komplexe, nach Lichtabsorption Elektronen auf einen Reaktionspartner zu übertragen, ist von großer Relevanz, insbesondere in der Photokatalyse, aber auch in der Photovoltaik. Das Team aus dem Sonderforschungsbereich (SFB) CataLight der Universitäten Ulm und Jena hat nun gezeigt, dass Eisenverbindungen nicht nur effizient Licht absorbieren, sondern dass ihre Eigenschaften durch einfache chemische Modifikationen – wie das Hinzufügen oder Entfernen von Protonen – gezielt angepasst werden können. „Wir haben zum ersten Mal demonstriert, dass wir die Lichtabsorption von Eisenkomplexen gezielt durch ihre Umgebung steuern können, was vielversprechende Anwendungsperspektiven für nachhaltige Technologien bietet“, erklärt der Sprecher des SFB CataLight, Prof. Dr. Benjamin Dietzek-Ivanšić vom Leibniz-IPHT und der Universität Jena.
Wissen für die Entwicklung nachhaltiger Energiequellen
Mit diesen Erkenntnissen könnten zukünftige Studien darauf abzielen, die Eisenverbindungen weiter zu optimieren, um sie in der Photovoltaik, der Katalyse und bei nachhaltigen chemischen Reaktionen einzusetzen. Bisherige Forschungen konzentrierten sich häufig auf teurere Materialien, doch die Entdeckung des Forschungsteams aus Jena und Ulm eröffnet neue, kostengünstige Möglichkeiten, umweltfreundliche Alternativen zu erforschen.
Text: Lavinia Meier-Ewert, Leibniz-Institut für Photonische Technologien, Leitung Kommunikation
Original-Publikation:
Beyond the First Coordination Sphere─Manipulating the Excited-State Landscape in Iron(II) Chromophores with Protons. Kamil Witas, Shruthi Santhosh Nair, Tamar Maisuradze, Linda Zedler, Heiner Schmidt, Pablo Garcia-Porta, Alexandra Stefanie Jessica Rein, Tim Bolter, Sven Rau, Stephan Kupfer, Benjamin Dietzek-Ivanšić, and Dieter U. Sorsche. Journal of the American Chemical Society 2024 146 (29), 19710-19719 DOI: 10.1021/jacs.4c00552
Über das Leibniz-Institut für Photonische Technologien
Im Mittelpunkt der Forschung am Leibniz-IPHT steht das Licht. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln innovative photonische Verfahren und Werkzeuge für Anwendungen in der klinischen Diagnostik – insbesondere in der Infektions- und Krebsdiagnostik –, in der Pharmazie und Prozesskontrolle, in der Lebensmittel- und Umweltsicherheit sowie zur Erforschung alternativer Energiequellen. Ein zentrales Ziel ist es, die Translation zu beschleunigen: die Umsetzung von Forschungsergebnissen in die Praxis – from Ideas to Instruments. www.leibniz-ipht.de