Details

Autor(en) / Beteiligte

• Tünnermann, Maike
• Bauer, Matthias[Akademischer Betreuer]
• Egold, Hans[Akademischer Betreuer]

Titel

Photocatalytic water reduction systems based on iridium and non-noble metal complexes

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2018

Verknüpfte Titel

Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 18.10.2018
• ger: Die Menschheit bewegt sich mit ihrem ansteigendem Energiekonsum und der gleichzeitigen Verknappung der fossilen Energieträger einer Energiekrise entgegen. Zusätzlich stehen wir vor der Herausforderung, die Klimaerwärmung zu stoppen. Eine vielversprechende Methode stellt dabei die photokatalytische Wasserreduktion dar. Dabei gibt es zwei miteinander konkurrierende Ansätze: Den Ein- und Mehrkomponentenansatz. Alle Systeme benötigen einen Photosensibilisator (PS), der durch Bestrahlung mit Sonnenlicht in der Lage ist ein Elektron abzugeben. Das Elektron wird vom Katalysator (KAT) aufgenommen, an dem aus Protonen Wasserstoff entsteht. Der Unterschied der Ansätze liegt in der Verbindung zwischen PS und KAT. Während bei den Mehrkomponentensystemen keine Verknüpfung der Bausteine vorliegt, wird bei den Einkomponentensystemen eine strukturelle Fixierung durch einen Brückenliganden vorgenommen. Das Elektron kann innerhalb des Molekülgerüstes übertragen werden. Die beiden Systeme unterscheiden sich damit grundlegend bezüglich des Elektronentransfers. Die zentralen Bausteine dieser Dissertation waren die Entwicklung von Ein- und Mehrkomponentensystemen die mit dem Einbau von unedlen Metallen einen signifikanten Schritt in Richtung nachhaltiger Energieproduktion machen. Zusätzlich stand die Entwicklung eines elektronentransfereffizienten Brückenliganden im Fokus. Im Zuge der Arbeit wurden acht Iridiumphotosensibilisatoren entwickelt und in der Wasserreduktion in Kombination mit einem Cobaltkatalysator getestet. Eine besondere Herausforderung war die Synthese eines komplett neuen Ligandengerüstes. Ebenfalls war es möglich zwei Iridium-Cobalt Einkomponentensysteme zu synthetisieren und unter photokatalytischen Bedingungen zu erforschen. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde eine Struktur-Aktivitäts-Beziehung abgeleitet.
• eng: Humankind is, triggered by their increasing energy demand and the emerging scarcity of fossil energy carriers, facing a serious energy crisis. Moreover, the extensive burning of fossil fuels has induced escalating climate changes that must be stopped. One promising method is the evolution of hydrogen from water under the application of solar irradiation. This process is known as photocatalytic water reduction. There are two competing approaches: the two- and one-component approach. All systems are composed of a photosensitizer (PS) that is capable of donating an electron after the excitation by solar irradiation. A catalyst (CAT) that accepts that electron and reduces protons to hydrogen. The difference between these two contrary approaches is based on the connection between PS and CAT. The two-component system contains no connection between the components and the electron has to be transferred through the reaction medium. In contrast to that, the one-component system features a structural fixation in the form of a bridging ligand. This results in a directional electron transfer within the molecular scaffold. Hence, both systems show fundamental differences regarding the electron transfer. The aims of this thesis are to develop one- and two-component systems that support non-noble catalysts to move a big step forward to a more sustainable energy production. One additional task is the development of bridging ligands, which show an efficient electron transfer. This thesis describes the development and test of eight iridium photosensitizers in the water reduction in combination with a cobalt CAT. The challenging task was the design and synthesis of a completely new ligand structure. It was also possible to synthesize two iridium-cobalt one-component systems and evaluate their hydrogen evolution potential under photocatalytic conditions...