Im DFG-Graduiertenkolleg „Chemische Photokatalyse“ GRK1626 werden selektive chemische Photokatalysatoren für endotherme oder kinetisch gehemmte organische Reaktionen entwickelt und ihre Designparameter erforscht. Dies ebnet den Weg zu einer breiten Nutzung der Sonnenenergie für chemische Reaktionen.
Die Photokatalysatoren bestehen aus einem redoxaktiven Chromophor (Sensibilisator) und einer katalytischen Einheit oder Substratbindungsstelle. Durch Bestrahlung mit Licht kommt es zur Ladungstrennung zwischen Elektronendonor- und Elektronenakzeptor-untereinheit des Photokatalysators, an die eine chemische Folgereaktion angekoppelt wird. Die Ladungstrennung kann innerhalb des Photokatalysators oder zwischen dem Photokatalysator und einem gebundenen Substrat erfolgen. Die absorbierte Lichtenergie fließt dabei in die Energiebilanz der Gesamtreaktion ein und wird so chemisch gespeichert oder ersetzt Reagenzien.
Obwohl die physikalischen Primärprozesse der Photokatalyse als gut verstanden betrachtet werden können, der Elektronentransfer durch die Marcus-Theorie beschrieben und chemische Katalysemechanismen untersucht sind, fällt das Design effizienter Photokatalysatoren schwer: Für eine effektive Photokatalyse müssen die elektronischen Teilschritte exakt zeitlich, energetisch und räumlich mit den chemischen Teilschritten gekoppelt werden. Die tiefergehende Untersuchung dieser Kopplungsparameter ist das Ziel des geplanten Graduiertenkollegs.
In interdisziplinären Forschungsprojekten sollen Einelektronenkatalysen wie z.B. Radikalcyclisierungen, und Zweielektronenprozesse, wie z.B. gekoppelte Redoxreaktionen, untersucht werden. Als Energiequelle dient, wo immer möglich, der sichtbare Teil des Sonnenlichtspektrums. Die Strukturen der Photokatalysatoren sollen systematisch variiert und ihre elektronischen und zeitlichen Größen bestimmt werden.
Aus der spektroskopischen Analyse und theoretischen Beschreibung erwarten wir Aufschluss über wichtige und allgemein gültige Parameter für die effiziente Kopplung der photophysikalischen Primärprozesse an die chemischen Folgereaktionen.
Modelle der Photosynthese oder photovoltaische Systeme werden explizit nicht betrachtet.
Das Graduiertenkolleg baut auf die ausgewiesene Expertise der beteiligten Antragsteller auf und bietet Doktoranden ein exzellentes Umfeld für interdisziplinäre Forschungsarbeiten in diesem zukunftsweisenden Bereich.
Weitere Informationen zum DFG-Graduiertenkolleg „Chemische Photokatalyse“ finden Sie hier:
GRK 1626
Aktivitäten der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Martin Schütz, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie
Forschungsbericht
References:
*D. Kats, T. Korona and M. Schütz, "Local CC2 electronic excitation energies for large molecules with density-fitting", DJ.Chem.Phys. 2006, 125, 104106.
*D. Kats, T. Korona and M. Schütz, "Transition Strengths and First-Order Properties of Excited States from Local Coupled Cluster CC2 Response Theory with Density Fitting", J.Chem.Phys. 2007, 127, 064107.
Solution Chemistry (Institut für Physikalische Chemie)
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Aktivitäten der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Werner Kunz
Our activities in the field of sustainable chemistry are subdivided into two parts:
1. Solvo-surfactants based on vegetable ressources
Solvo-surfactants are hybrid systems with both surfactant and solvent properties. One of their subgroups, hydrotropes,
are used in industry at a scale of hundreds of thousands of tons per year. Typical examples are liquid short-chain alkyl ethylene
oxides (EO) or propylene oxides (PO) (e.g. trade name Dowanols). In cooperation with the formulation group of Prof. Jean-Marie
Aubry at Lille University and ENSCL we synthesize and characterize similar molecules having one or few glycerol groups instead
of EO or PO as the short hydrophilic entities. This is of interest, because much effort is currently spent to find suitable applications
to face the over-production of glycerol. Note that short-chain EOs are considered as potentially toxic and shall be withdrawn from
the market within the next ten years.
Further to solvo-surfactants based on glycerol we have also activities in the field of new hydrotropes, where the hydrophobic
part is based on green sources. An example is the recently commercialized molecule Pribelance® that we characterized for CABB company.
References:
*
Sébastien Queste, Pierre Bauduin, Didier Touraud, Werner Kunz, and Jean-Marie Aubry, "Short Chain Glycerol 1-Monoethers – a New Class of Green Solvo-Surfactants", Green Chemistry 2006, 8, 822–830.
*
Sébastien Queste, Youlia Michina, Annie Dewilde, Roland Neueder, Werner Kunz, and Jean-Marie Aubry, "Thermophysical properties of solvo-surfactants based on ethylene oxide, propylene oxide and glycerol", Green Chemistry 2007, 9, 491–499.
*Werner Kunz, Edith Schnell, Didier Touraud, and Robert Gick, "Properties of a new hydrotrope hydrophobic alcohol and its potential applications",
submitted to International Journal of Cosmetic Science .
2. Catalytic conversion of “green” products in aqueous solutions at temperatures above 100°C.
In cooperation with the French atomic energy institute CEA (in particular the Institut de Chimie Séparative de Marcoule under
the guidance of Prof. Thomas Zemb and with his co-worker Dr. Frédéric Goettmann), we examine the catalytic conversion of “green”
molecules, such as glycerol and middle-chain alcohol to basic and also fine chemicals. This is done in aqueous solutions at around
150-180°C with the addition of simple salts like NaCl: Surprisingly it turned out that under these conditions chloride is a strong nucleophile
that can readily attack alcohols and induce various interesting conversions to valuable molecules. We study the effect of different salts,
their reactivity and how the reactions can be accelerated by the addition of convenient catalysts. Together with Prof. Markus Antonietti
and his group at the Max Planck Institute for Colloid and Interfaces in Golm near Berlin we want to study how to avoid or guide the
carbonization of plant materials under these conditions. We are also interested in the production of petrol out of minerals such as
Iron Carbonate (Ilmenite).
For more information, see
http://www.uni-regensburg.de/Fakultaeten/nat_Fak_IV/Physikalische_Chemie/Kunz/
- Aktivitäten der Arbeitsgruppe von apl. Prof. Dr. Heiner Jakob Gores
Our workgroup “Electrochemistry and Electrolytes” is mainly dedicated to energy conversion and energy storage studies. The investigated
devices include lithium ion cells, double layer capacitors, and dye solar cells. Our work is thus concentrated in the fields of sustainable mobility
and sustainable energy production.
Our research includes not only optimising and characterisation of electrolytes (i. e. transport properties and thermodynamic properties),
determination of phase diagrams including Coulombic liquid-liquid separation, but also synthesis of novel salts especially salts with large weakly
coordinating molecular anions and the development of novel electrolytes including electrolyte solutions, gels, polymers, ionic liquids including
self-organising ionic liquids.
Finally new individually adapted computer based measurement systems for the electrolyte research are developed. A recent success in this field
is our new impedance scanning quartz microbalance that will be produced in the near future by a German manufacturer.
Our activities are only possible in close collaboration with colleges from universities and industry. Our activities are supported by the
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF): project: dye solar cells contract # 01SF0304, the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) projects:
“DFG-Projektinitiative: Funktions-materialien und Materialanalytik zu Lithium-Hochleistungsbatterien” and “Ionic Liquids” (SPP 1191) and several
industrial partners, including Merck, Fortu, and Infineon.
Our Motto is “Theoria cum Praxi"
For more information, see http://www.electrolytes.de/
