Grundlegendes Wissen für nachhaltige Energie

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 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Journal of the American Chemical Society“ veröffentlicht worden.

Die Forschenden der Universitäten Jena und Ulm sowie des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) 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 von der Universität Jena und dem Leibniz-IPHT.

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.