Nachhaltige molekulare Katalyse und Energiewandlung von Licht Jun.-Prof. Dr. Andrea Pannwitz Stiftungsprofessur der Carl-Zeiss-Stiftung — seit 02/2024 Forschungsschwerpunkte • Lichtgetriebener Elektronentransfer über Membranen hinweg • Lichtgetriebene molekulare Katalyse: CO2-Umwandlung, H2-Produktion und Wasseroxidation • Nachhaltige Metalle für molekulare Lichtsensibilisatoren 62 — FORSCHUNG Eine zentrale Herausforderung in der nachhaltigen Nutzung von Sonnenlicht als Energiequelle ist die Energiespeicherung. Eine Möglichkeit dafür ist die Lichtenergieumwandlung mittels lichtgetriebener chemischer Reaktionen. Beispiele dafür sind die Spaltung von Wasser in H2 und O2 sowie die Umwandlung von CO2, wobei die jeweiligen Produkte Energie in ihren chemischen Bindungen speichern. Die meisten solcher Reaktionen sind Redoxreaktionen und involvieren die Übertragung von Elektronen. Und obwohl die jeweiligen Redoxreaktionen bei unterschiedlichen Bedingungen optimal ablaufen (pH-Wert, Substratverfügbarkeit), werden sie zumeist im gleichen Reaktionsraum durchgeführt. In unserer Forschung streben wir daher eine räumliche Trennung der Halbreaktionen durch eine Membran an, welche unter Bestrahlung mit Licht Elektronen von einer Seite auf die andere Seite überträgt. Die Lichtabsorption und Elektronentransfer über die Membran hinweg findet dabei mittels molekularer Kabel in der Membran statt. Lichtgetriebener Elektronentransfer über Membranen hinweg zur Kopplung von Halbreaktionen In aktuellen Arbeiten mit biomimetischen Phospholipid-Membranen konnten wir das Prinzip des lichtgetriebenen, Membran-mediierten Elektronentransfers, sowie den Elektronentransfer über die Membran hinweg in mit einem Modellsubstrat zeigen. [1] Sinambela, N.; Nau, M.; Haug, G.; Linseis, M.; Koblischek, P.; Winter, R. R. F.; Pannwitz, A. Light-Driven Electron Transfer in a Lipid Bilayer with Mixed Valence Molecular Wires. Sustainable Energy Fuels 2025. https://doi.org/10.1039/D4SE01752H. [2] Sinambela, N.; Jacobi, R.; Sorsche, D.; Gonzalez, L.; Pannwitz, A. Photoinduced Electron Transfer across Phospholipid Bilayers in Anaerobic and Aerobic Atmospheres. ChemRxiv December 3, 2024. https:// doi.org/10.26434/chemrxiv-2024-x7wgx. Abb. 1. Trennung von Reaktionsräumen und gleichzeitiger licht-getriebener Elektronentransfer über die Membran hinweg. Links ist die EinkristallRöntgenstrukturanalyse eines molekularen Kabels gezeigt. Bild aus Ref. [2]
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