Photokatalyse
Photokatalytische klassische Polymere: präzise abstimmbare Photokatalysatoren
Sonnenlicht ist eine erneuerbare, reichlich vorhandene Energiequelle, die zur Förderung chemischer Reaktionen genutzt werden kann. Die Nutzung dieser Energiequelle wird zunehmend als sauberere und umweltfreundlichere Alternative zur thermischen Energie angestrebt. Das Aufkommen von photokatalytischen Materialien hat diesen Wandel begünstigt. Indem sie natürliche Prozesse wie die Photosynthese nachahmen, nutzen diese Materialien die Sonnenenergie, um chemische Reaktionen in Gang zu setzen. Viele molekulare anorganische, auf Übergangsmetallen basierende Komplexe oder organische Farbstoffverbindungen, die im sichtbaren Spektrum stark absorbieren, wurden intensiv untersucht, um Sonnenenergie zu nutzen und organische photochemische Reaktionen zu katalysieren. Dennoch gibt es einige inhärente Nachteile, die mit diesen homogenen Systemen verbunden sind, wie z.B. hohe Kosten, Toxizität dieser seltenen Metalle, sowie begrenzte Verfügbarkeit und Reinigungsschritte nach der Reaktion zur Entfernung des Katalysators. Die oben genannten Nachteile haben Materialwissenschaftler dazu veranlasst, die Weiterentwicklung von abstimmbaren, wiederverwendbaren und übergangsmetallfreien Photokatalysatoren für die organische Synthese zu verfolgen.
Kürzlich wurde über die Kombination von organischen Farbstoffen, Übergangsmetall-basierten und kleinen konjugierten organischen Photokatalysatoren mit der klassischen Polymerchemie berichtet, um photokatalytische klassische Polymere zu erzeugen. Klassische Polymere können durch eine Reihe von Polymerisationstechniken gebildet werden, einschließlich radikalischer, kontrollierter radikalischer und ringöffnender Polymerisation. Diese Polymere sind kostengünstig und können so gestaltet werden, dass sie eine große Bandbreite an physikalischen Eigenschaften aufweisen. Durch die Kombination von klassischen Polymeren mit photoaktiven Monomeren entsteht ein Hybridmaterial, das leicht regenerierbar ist und die Stabilität der photoaktiven Spezies erhöhen kann. Darüber hinaus kann die Polymermatrix genutzt werden, um inhärente Löslichkeitsprobleme von photokatalytischem Material zu überwinden. Mit diesem Ansatz können auch triggerbare Materialien hergestellt werden, die durch einen externen Trigger gesteuert werden können.
Unsere Forschungsgruppe zielt darauf ab, photokatalytische Polymere zu entwickeln, die für spezifische Anwendungen eingesetzt werden können. Wir sind daran interessiert, die Abstimmbarkeit dieser neuen Materialklasse zu nutzen, um neue, leicht regenerierbare heterogene Photokatalysatoren für die Produktion von hochwertigen Verbindungen herzustellen. Darüber hinaus sind wir daran interessiert, selektive photokatalytische Materialien herzustellen, die zwischen Reagenzien differenzieren können, um selektiv ein gewünschtes Produkt zu erzeugen. Hier können die physikalischen Eigenschaften des polymeren Materials manipuliert werden, um bestimmte Reaktionen zu fördern. Unsere Forschungsgruppe ist auch an der Verwendung von klassischen Polymer-Photokatalysatoren für therapeutische Anwendungen interessiert, wobei Polymere für die photodynamische Therapie und auch für die biorthogonale Prodrug-Aktivierung etc. entwickelt werden können.
