Die Grenzen der Photokatalyse überwinden

Für die Erforschung neuartiger Wege, um Licht für die Synthese wichtiger Chemikalien zu nutzen, erhält Dr. Bartholomäus Pieber, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, eine Förderung in Höhe von rund 839.000 Euro. In dem Photokatalyse-Projekt wollen die Chemiker um Dr. Pieber den Mechanismus der Natur nachahmen, um Licht in chemisch nutzbare Energie umzuwandeln. Im Rahmen ihres Perspektiven-Programms „Plus 3“ unterstützt die Boehringer Ingelheim Stiftung Dr. Piebers Vorhaben für drei Jahre.

Aktuell gibt es nur eine sehr kleine Anzahl von Verbindungen, die sichtbares Licht für die chemische Synthese nutzbar machen. Diese Photokatalysatoren sind in der Regel teure Edelmetallkomplexe, deren langlebige angeregte Zustände entscheidend für ihre Verwendung als Photokatalysatoren sind, da chemische Reaktionen in Lösung durch die Diffusionsgeschwindigkeit limitiert sind. Dieser Engpass an Katalysatoren schränkt das Potential der Photokatalyse stark ein.

Im Gegensatz dazu ist die Natur in der Lage, organische Farbstoffe mit kurzer Lebensdauer als Photokatalysatoren zu nutzen. Dies ist möglich, weil diese Reaktionen in räumlich kontrollierten Prozessen ablaufen. Die Forschungsgruppe von Dr. Bartholomäus Pieber verfolgt einen vielversprechenden Ansatz, um Edelmetallkomplexe durch organische, nachhaltige Standardfarbstoffe als Photokatalysatoren zu ersetzen, indem sie das Konzept der Natur nachahmen.

„Wir haben kürzlich entdeckt, dass kurzlebige angeregte Zustände nutzbar gemacht werden können, indem ein Farbstoff in die Nähe eines Zielmoleküls gebracht wird“, sagt Pieber, Gruppenleiter in der Abteilung „Biomolekulare Systeme“ von Prof. Dr. Peter H. Seeberger. Er ergänzt: „Diese bahnbrechende Forschung wird Neuland in der synthetischen Photokatalyse erschließen und neue Möglichkeiten zur Kontrolle der Selektivität chemischer Reaktionen eröffnen.“

Ein Schlüsselaspekt des Vorschlags ist die Entwicklung einer neuartigen Technologie: Durch die Verwendung von selbstorganisierenden Nanoreaktoren wird eine begrenzte katalytische Umgebung geschaffen, die die Reaktivität zwischen kurzlebigen Farbstoffen im angeregten Zustand und einem gewünschten Molekül auslöst.

Über das Programm:
Mit dem „Plus 3“-Programm fördert die Boehringer Ingelheim Stiftung herausragende Nachwuchsgruppenleiter in Deutschland, deren Arbeit zur biologischen, chemischen und medizinischen Grundlagenforschung zählt. Das Programm möchte Zeit, Freiheit und Flexibilität geben, damit sie ihr Potenzial ausschöpfen und ihr Forschungsprofil weiterentwickeln können. Sie können so die produktive Phase ihrer ersten befristeten Stelle als Leiter einer Forschungsgruppe optimal als Sprungbrett zur Berufung auf eine Professur in einem exzellenten Umfeld nutzen. Rund 80 Prozent der Gruppenleiterinnen und Gruppenleiter, deren „Plus 3“-Förderung zwischen 2010 und 2018 begann, haben inzwischen eine Professur inne. Über 40 Prozent aller Geförderten stammen aus dem Ausland.

Weitere Informationen:

https://www.mpikg.mpg.de/6712599/news_publication_18590994_transferred?c=44858 (Pressemitteilung)
https://www.mpikg.mpg.de/bs (weiterführende Informationen zur Abteilung Biomolekulare Systeme)