Photokatalyse

Photokatalyse

Poröse organische Materialien für die Photokatalyse

Sonnenlicht ist eine saubere und unerschöpfliche Quelle für erneuerbare Energien. Insbesondere der sichtbare Bereich des Sonnenspektrums macht 44% der Gesamtenergie aus, gegenüber nur 3% aus dem ultravioletten (UV) Licht. Inspiriert von der Natur, wo seit Millionen von Jahren verschiedene Chromophore oder Photokatalysatoren zur Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie eingesetzt werden, haben organische Chemiker eine Vielzahl von Photokatalysatoren für sichtbares Licht entwickelt, um den natürlichen Prozess nachzuahmen. Infolgedessen wurden viele molekulare anorganische Übergangsmetallkomplexe oder organische Farbstoffverbindungen, die signifikant im sichtbaren Spektrum absorbieren, intensiv untersucht, um Sonnenenergie zu gewinnen und organische photochemische Reaktionen zu katalysieren. Dennoch gibt es einige wesentliche Nachteile, die mit diesen homogenen Systemen verbunden sind, wie hohe Kosten, Toxizität dieser seltenen Metalle sowie begrenzte Verfügbarkeit und Reinigungsstufen nach der Reaktion zur Entfernung des Katalysators. Die oben genannten Nachteile haben die Materialwissenschaftler veranlasst, die Weiterentwicklung von stabilen, recycelbaren, wiederverwendbaren und übergangsmetallfreien Photokatalysatoren für die organische Synthese fortzusetzen.

In den letzten Jahren gab es nur wenige Antworten auf den akuten Bedarf an heterogenen nichtmetallischen photokatalytischen Systemen. Unter diesen haben sich konjugierte poröse Polymere, eine neue Klasse von organischen Halbleitern, die ein photoaktives p-Elektronen-Grundgerüst und hochporöse Eigenschaften kombinieren, kürzlich als effiziente und stabile Plattform für heterogene, durch sichtbares Licht geförderte chemische Umwandlungsreaktionen herausgestellt. Dazu gehören Reaktionen wie molekulare Sauerstoffaktivierung, selektive Oxidation organischer Sulfide, C-C-Bindungsbildung, reduktive Dehalogenierung, oxidative Hydroxylierung von Arylboronsäuren, durch sichtbares Licht induzierte freie Radikale und kationische Polymerisation und lichtinduzierte Wasserstoffentwicklung.

Ziel unserer Forschungsgruppe ist es, hochporöse organische Materialien als eine neue Klasse metallfreier (photo-)katalytischer Systeme zu entwickeln. Wir sind an der Untersuchung der Wechselwirkung zwischen der Morphologievariation, der Porositätskontrolle, der energetischen Bandausrichtung dieser neuen Klasse von porösen organischen Halbleitern und ihrer (photokatalytischen) Effizienz interessiert. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der grundlegenden Entwicklung nachhaltiger synthetischer Wege für chemische Transformationsreaktionen wie nichtmetallische, durch sichtbares Licht geförderte photokatalytische C-C- oder C-N-Bindungsbildungsreaktionen, aber auch lichtaktivierte biomedizinische Anwendungen etc.

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