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Lichtinduzierte Prozesse von Photosensibilisatoren |
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contributing persons: |
Ayla Kruse[VerfasserIn] |
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133831632X |
Stefan Lochbrunner[AkademischeR BetreuerIn] |
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0000-0001-9729-8277 |
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118145681 |
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Universität Rostock |
Stefan Haacke[AkademischeR BetreuerIn] |
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Université de Strasbourg |
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contributing corporate bodies: |
Universität Rostock[Grad-verleihende Institution] |
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38329-6 |
Universität Rostock. Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät[Grad-verleihende Institution] |
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2147083-2 |
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abstract: |
Für den Einsatz von Photosensibilisatoren (PS), zum Beispiel in der photokatalytischen
Wasserspaltung, ist ein breites Absorptionsspektrum vom UV bis ins NIR und eine lange
Lebensdauer der photokatalytisch relevanten Ladungstransferzustände wesentlich. Um
die Eignung von Molekülen als PS in Bezug auf den zweiten Punkt zu beurteilen, kann
ultraschnelle Absorptionsspektroskopie auf Zeitskalen von 100 fs bis einigen ns gut
verwendet werden. In dieser Arbeit wurden so die Lebensdauern und Zerfallsmechanismen
der für die Katalyse relevanten angeregten Zustände einer Reihe von oktaedrischen
Eisenkomplexen mit unterschiedlichem Ligandendesign untersucht, um effiziente eisenbasierte
PS zu identifizieren. Durch gezielte Modifikation von Liganden durch unsere Kooperationspartner*innen
wurde die Lebensdauer des photokatalytisch aktiven 3MLCT- (Metall-zu-Ligand-Ladungstransfer)
Zustands in Fe(II)-Komplexen von 9 ps auf 35 ps verlängert. Als Vergleich zu Fe(II)-Komplexen
wurden Ru(II)-Komplexe mit gleichem Ligandendesign untersucht. Diese zeigen lange
Lebensdauern der Ladungstransfer-(CT) Zustände im Nanosekundenbereich, was sie für
den Einsatz als PS qualifiziert. Ruthenium ist jedoch selten und teuer, weshalb nach
Eisenkomplexen als kostengünstige Alternative geforscht wird. Messungen an Fe(III)-Komplexen,
die in dieser Arbeit begonnen wurden, zeigen ebenfalls lange Lebensdauern der CT-Zustände
und Emissionen. Das lässt auf eine erfolgreiche Anwendung von Eisenkomplexen in der
Photokatalyse hoffen. Eine weitere Entwicklung in der Photokatalyse ist das Koppeln
des PS an den Katalysator in einem Molekül in Form einer Dyade. Es zeigt sich, dass
in Zink(II)-Gold(III)-Porphyrindyaden durch einen optischen Anregungspuls schnell
Ladung vom Zink- zum Goldporphyrin verschoben und ein Gold(II)-Zentrum gebildet wird,
das einen Rückelektronentransfer verlangsamt. Dieser ladungsverschobene, photokatalytisch
aktive Zustand ist mit einer Lebensdauer von 3 ns sehr langlebig und macht die Dyaden
attraktiv für photokatalytische Anwendungen.
[German] |
An efficient photosensitizer (PS), e.g. in photocatalytic water splitting, requires
a broad absorption spectrum from the UV to the NIR and a long lifetime of the photocatalytically
relevant charge-transfer states is essential. To quantify the usability of molecules
as PS, ultrafast absorption spectroscopy on time scales from 100 fs to a few ns is
a powerful tool. In this work, the lifetimes and decay mechanisms of the photocatalytically
relevant excited states of a series of octahedral iron complexes with different ligand
design were investigated to identify efficient iron-based PS. We found that specific
modifications of the ligands by our cooperation partners extended the lifetime of
the photocatalytically active 3MLCT (metal-to-ligand charge-transfer) state in Fe(II)
complexes from 9 ps to 35 ps. For comparison to Fe(II) complexes, Ru(II) complexes
with the same ligand design were studied showing long lifetimes of charge transfer
(CT) states in the nanosecond range qualifying them for the application as PS. However,
ruthenium is a rare and expensive metal. That is why iron complexes represent a more
sustainable alternative. Measurements on Fe(III) complexes, started in this work,
also show long lifetimes of CT states and emission. This raises the expectation for
a successful application of iron complexes in photocatalysis. Another development
in photocatalysis is the coupling of the PS to the catalyst within one molecule as
a dyad. After optical excitation of zinc(II)-gold(III) porphyrin dyads, an ultrafast
electron transfer from the zinc to the gold porphyrin takes place featuring a gold(II)
center. Here, the electron is “trapped” which decelerates the back electron transfer
and leads to a long-lived photocatalytically active charge-shifted state with a lifetime
of 3 ns. This characteristic qualifies the dyads as good candidates for photocatalytic
applications.
[English] |
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document type: |
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institution: |
Faculty of Mathematics and Natural Sciences |
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language: |
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subject class (DDC): |
500 Natural sciences |
530 Physics |
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extent: |
1 Online-Ressource (vii, 139 Seiten)
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publication / production: |
Rostock
Rostock: Universität Rostock
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September 2023
(normalised date: 2023) |
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statement of responsibility: |
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identifiers: |
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access condition: |
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license/rights statement: |
all rights reserved This work may only be used under the terms of the German Copyright Law (Urheberrechtsgesetz). |
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RosDok id: |
rosdok_disshab_0000003177 |
created / modified: |
08.08.2024 / 09.08.2024
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metadata license: |
The metadata of this document was dedicated to the public domain (CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication). |