Wissenschaftler*innen entwickeln neues Material zur Umwandlung von Licht
Wissenschaftler*innen der Universit?t Paderborn um Prof. Dr. Matthias Bauer ist ein Durchbruch auf dem Gebiet der nachhaltigen Chemie gelungen: Gemeinsam mit einem Team von Forscher*innen der Universit?ten Rostock, Mainz, G?ttingen, Innsbruck und Kassel haben sie einen chemischen Komplex entwickelt, der Licht für Reaktionen und optische Anwendungen in Energie umwandelt – und zwar nachhaltig. Denn: Durch den Stoff kann extrem viel CO2 eingespart werden. Einsatz k?nnte die neue Verbindung zum Beispiel bei Dioden oder bei der Umwandlung von Sonnen- in chemische Energie finden. Die Ergebnisse wurden jetzt im internationalen Fachmagazin ?Nature Chemistry“ ver?ffentlicht.
Kohlenstoffdioxid einsparen: Potenzial ist enorm
?Das Besondere an diesem Komplex ist, dass er im Gegensatz zu aktuell üblichen Systemen Eisen als zentrales Element enth?lt“, sagt Bauer. Bisher werden für photochemische Reaktionen und photophysikalische Anwendungen meist Verbindungen auf Edelmetallbasis verwendet. ?Bei deren Herstellung entstehen allerdings Kohlenstoffdioxid-Emissionen von ca. 30 Tonnen pro Kilogramm. Werden Edelmetalle durch Eisen ersetzt, ist das Einsparpotenzial an klimasch?dlichem CO2 enorm“, so Bauer weiter. Zum Vergleich: Bei der Herstellung von einem Kilogramm Eisen entstehen nur rund zwei Kilogramm des klimasch?dlichen Gases.
?Nachhaltigkeit hoch zwei“
?Mit dem Design der untersuchten Verbindung ist es uns zum ersten Mal gelungen, eine Eigenschaft zu realisieren, die bei chemischen Verbindungen ?u?erst selten und in Eisenverbindungen beispiellos ist“, erkl?rt Dr. Jakob Steube, einer der Hauptverantwortlichen in Bauers Team. Der Komplex leuchtet in zwei verschiedenen Farben, wenn er mit Licht einer bestimmten Energie angeregt wird. Dank dieser photophysikalischen Eigenschaften k?nnten in Zukunft zum Beispiel Wei?licht-Dioden auf Basis von Eisenverbindungen realisiert werden. Au?erdem l?sst sich mit dem Komplex Sonnenenergie in chemische Energie umwandeln. ?Wir konnten zeigen, dass nach der Absorption mit Licht chemische Reaktionen mit unserer neuen Verbindung m?glich sind“, erkl?rt Bauer. ?Wir haben hier also Nachhaltigkeit hoch zwei, n?mlich Energieumwandlung mit einer nahezu CO2-neutralen Verbindung plus die Kombination von Anwendungsm?glichkeiten in der Photochemie und Photophysik. Das kann man durchaus als kleinen Durchbruch bezeichnen.“
Chemische Reaktionen auch in Zukunft nachhaltig durchführen
Die Ergebnisse wurden im Rahmen des Schwerpunktprogramms ?Lichtgesteuerte Reaktivit?t von Metallkomplexen“ erzielt. Unter der Leitung der Mitautorin Prof. Dr. Katja Heinze von der Universit?t Mainz geht es bei dem Programm um die Frage, wie chemische Reaktionen trotz knapper werdender Ressourcen auch in Zukunft nachhaltig durchgeführt und gleichzeitig neue Energiequellen wie das Sonnenlicht genutzt werden k?nnen. Mit den Schwerpunktprogrammen verfügt die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) über ein einzigartiges F?rderinstrument, um aktuelle wissenschaftliche Fragestellungen von hoher gesellschaftlicher Relevanz gemeinsam mit Konsortien aus ganz Deutschland zu bearbeiten.
Zur Publikation: https://www.nature.com/articles/s41557-023-01137-w
Originalarbeit: J. Steube, A. Kruse, O.S. Bokareva, T. Reuter, S. Demeshko, R. Schoch, M.A. Argüello Cordero, A. Krishna, S. Hohloch, F. Meyer, K. Heinze, O. Kühn, S. Lochbrunner, M. Bauer: Janus-type emission from a Cyclometalated Iron(III) complex, Nature Chem., 2023, 15, 468–474.
