Unsere Forschung zielt darauf ab, die lichtgetriebene Wasserstoffentwicklung voranzutreiben, indem neuartige, edelmetallfreie organische Photosensibilisatoren entworfen werden, die mit innovativen Katalysatorsystemen integriert und mittels in-situspektroelektrochemischer Techniken analysiert werden. Durch die Optimierung der Ladungstransferdynamik und Stabilität mittels GrenzflächenDesign wollen wir die Effizienz der Wasserstoffproduktion steigern und so zur Entwicklung nachhaltiger Energietechnologien beitragen. Unsere Arbeiten zu photostabilen Rylendimonoimiden, die speziell als edelmetallfreie Photosensibilisatoren für die durch sichtbares Licht getriebene Wasserstoffentwicklung entwickelt wurden, zeigten, dass durch gezielte Modifikation von Donor-Akzeptor-Gruppen die Ladungstrennung verbessert und die Lebensdauer angeregter Zustände verlängert werden kann. Dies ermöglicht stärkere Wechselwirkungen mit katalytisch aktiven Zentren in wässriger Umgebung. Wir konnten außerdem zeigen, dass die Einbindung dieser Photosensibilisatoren in polyampholytische Hydrogelnetzwerke die katalytische Leistung steigert. Die Hydrogele stabilisieren die Photosensibilisatoren während der Katalyse, was deren Aktivität und Haltbarkeit bei der lichtgetriebenen Wasserstoffentwicklung verbessert. Dieser Ansatz bietet eine skalierbare und robuste Plattform für edelmetallfreie Katalyseanwendungen in der Wasserspaltung. Unsere Ergebnisse unterstreichen das Potenzial der Kombination von maßgeschneidertem Grenzflächen-Design mit fortschrittlichen spektroelektrochemischen Methoden zur Optimierung organischer photoaktiver Materialien für die Wasserstoffproduktion. [3] Costabel, D.; De, R. T. D.; Jacobi, F.; Eichhorn, J.; Hotzel, K.; Nabiyan, A.; Neumann, C.; Turchanin, A.; Kupfer, S.; Schacher, F. H.; et al. Bridging Platinum and Palladium to BipyridineAnnulated Perylene for Light-Driven Hydrogen Evolution. ACS Catalysis 2023, 13 (11), 7159-7169. DOI: 10.1021/acscatal.3c01201. [4] Costabel, D.; Nabiyan, A.; Chettri, A.; Jacobi, F.; Heiland, M.; Guthmuller, J.; Kupfer, S.; Wächtler, M.; Dietzek-Ivansic, B.; Streb, C.; et al. Diiodo-BODIPY Sensitizing of the [Mo3S13]2-Cluster for Noble-Metal-Free Visible-Light-Driven Hydrogen Evolution within a Polyampholytic Matrix. ACS Applied Materials & Interfaces 2023, 15 (17), 2083320842. DOI: 10.1021/acsami.2c18529. Lichtgetriebene Wasserstoffproduktion ohne Edelmetalle: Die Rolle des Grenzflächen-Designs Die Entwicklung effizienter polymerbasierter Transportsysteme für Polynukleotide bleibt trotz Fortschritten in klinischen Studien eine Herausforderung. Unsere Forschung konzentriert sich darauf, zentrale Hindernisse beim Gentransport und der Genstilllegung zu überwinden, indem Guanidiniumgruppen in biokompatible Polymere für den Transport von DNA und siRNA integriert werden. Wir synthetisieren Bibliotheken von guanidiniumhaltigen Poly(methacrylamiden) mit besonderem Schwerpunkt auf der Herstellung einer Terpolymer-Bibliothek, bei der die Balance zwischen Hydrophilie und Hydrophobis systematisch variiert wird. Dieser Ansatz ermöglicht es uns, die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen innerhalb dieser Polymerklasse gezielt zu untersuchen und zu optimieren. Ein zentrales Ziel bei der Polymerentwicklung war es, den Anteil des Guanidiniummonomers zu reduzieren, während gleichzeitig eine hohe Transfektionseffizienz bei geringer Toxizität beibehalten wird. Die umfassende physikochemische und biologische Charakterisierung dieser guanidiniumfunktionalisierten Polymere zeigte eine effektive Bindung, Schutz und Lieferung von Nukleinsäuren mit einer besonders starken und selektiven Affinität sowohl zu DNA als auch zu RNA. Diese Ergebnisse stimmen mit den bekannten Eigenschaften guanidiniumfunktionalisierter Polymere überein, die für ihre ausgeprägten elektrostatischen und wasserstoffbrückenvermittelten Wechselwirkungen mit Nukleinsäuren bekannt sind. Aufbauend auf diesen Ergebnissen werden sich unsere zukünftigen Arbeiten auf die Entwicklung maßgeschneiderter, biologisch abbaubarer Polymere mit Guanidiniumgruppen und hydrophoben Seitenketten konzentrieren. Ziel ist es, effiziente Trägersysteme für die RNA-Übertragung zu entwickeln, sowohl in Form eigenständiger Polyplexe als auch als Komponenten hybrider LipidPolymer-Nanopartikel. [2] Hack, F. J.; Cokca, C.; Stadter, S.; Hulsmann, J.; Peneva, K.; Fischer, D. Indole, Phenyl, and Phenol Groups: The Role of the Comonomer on Gene Delivery in Guanidinium Containing Methacrylamide Terpolymers. Macromol Rapid Commun 2021, 42 (8), e2000580. DOI: 10.1002/ marc.202000580 Polymere mit inhärenten Guanidiniumgruppen für den Transport von DNA und siRNA FORSCHUNG — 89 Abb. 2. Grafische Darstellung eines metallfreien Photosensibilisators, eingebettet in eine weiche Matrix, die eine sehr effiziente Wasserstoffentwicklung ermöglicht. Bild: AG Peneva
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