Entwicklung und Untersuchung eines vom natürlichen Photosystem II inspirierten Wasseroxidationssystems aus Erdalkalimetall-Manganoxiden und Metalloporphyrinen

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Bei der Entwicklung biomimetischer, manganbasierter Katalysatoren für die Wasseroxidation gelang uns jüngst mit der Darstellung und Untersuchung geschichteter Calcium- Manganoxide ein Durchbruch.Wir fanden mit diesen katalytisch aktiven Festkörpern Materialien, die strukturell dem katalytischen Zentrum des natürlichen Photosyntheseapparats für die Oxidation von Wasser in zentralen Aspekten ähnlich sind. Im hier vorgestellten Projekt ist geplant, diese Untersuchungen nun mit der Synthese einer ganzen Familie verwandter Manganoxide zu vertiefen und die Katalysatoren an elektro- und photochemische Systeme zu koppeln. Durch die Variation der Oxidzusammensetzung sollen die Katalysatoreigenschaften verbesserte werden. Zudem erhofft man sich über die Korrelation von Materialstruktur und Katalysegeschwindigkeit Hinweise zum Katalysemechanismus der Reaktion. Für die Kombination der Katalysatoren mit möglichst naturnahen Photoreaktionen werden in einem zweiten Projektteil verschiedene SnIV- und SbV- Porphyrin- Farbstoffe synthetisiert und genau untersucht.Diese Metalloporphyrine sind extrem elektronenarm und daher für Oxidationsreaktionen sehr gut geeignet. Im letzten Teil des Projekts werden die beiden Themen zusammengeführt, um aus den besten Oxidkatalysatoren und Porphyrinen der ersten Projektphase photokatalytische Gesamtsysteme zu konstruieren. Neben einer möglichen Anwendung der Ergebnisse in der künstlichen Photosynthese bieten die geplanten Untersuchungen auch die Chance, Schlüsselreaktionen der photosynthetischen Wasseroxidation mechanistisch zu untersuchen. Da es sich hierbei um einen der wichtigsten Prozesse der belebten Natur handelt, werden die Ergebnisse des Projekts auch für die bioanorganische Grundlagenforschung von großem Interesse sein.