Aktuelle Forschungsschwerpunkte

In den folgenden Abschnitten stellen wir unsere aktuellen Forschungsthemen vor. In unserem Arbeitskreis beschäftigen wir uns mit der Grundlagenforschung auf verschiedenen Gebieten. Aktuelle und vergangene Ergebnisse können weiterhin der Publikationsseite entnommen werden.

MOST-Systeme – Hybride Norbornadiene als molekulare Speicher für Sonnenenergie

Molecular solar thermal (MOST) Systeme stellen einen vielversprechenden Ansatz für eine nachhaltige Energiespeicherung dar. Sie ermöglichen die Absorption, Speicherung und kontrollierte Freisetzung von Sonnenenergie durch einen reversiblen Photoisomerisierungsprozess. Die Integration mehrerer photochromer Einheiten in ein einziges System erweist sich als vorteilhafte Strategie zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von MOST-Materialien.

In aktuellen Studien wurde die Aufmerksamkeit auf hybride Photoschalter gelenkt, die Azobenzol- und Norbornadien-Motive kombinieren und ein synergistisches Verhalten zeigen. Diese Hybridsysteme sind von besonderem Interesse, da die metastabilen Zustände jeder Einheit unabhängig voneinander wieder in ihre entsprechende stabile Form zurückgeschaltet werden können. Darüber hinaus verlängert die Einführung von Azobenzol die Halbwertszeit einer Norbornadien-Einheit im Vergleich zu den Referenzsystemen erheblich. Der Fokus zukünftiger Forschungsbestrebungen wird auf der Nutzung dieser Erkenntnisse zur weiteren Optimierung der Eigenschaften dieser Systeme liegen.

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Zur Publikation: https://doi.org/10.1002/chem.202502520

Chalkogenbindungen – Supramolekulare 3D-Polymere aus Benzotellurazolen

In den letzten Jahren haben sich Chalkogenbindungen, also nichtkovalente Wechselwirkungen zwischen Chalkogenzentren, in vielen Forschungsbereichen als faszinierende Alternative zu den allgegenwärtigen Wasserstoffbrückenbindungen herausgestellt. Es hat sich gezeigt, dass Chalkogenbindungen in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden können, die von crystal engineering über die molekulare Erkennung in Lösung bis hin zur Katalyse reichen.

Tellurverbindungen mit elektronenziehenden Substituenten bilden die stärksten Chalkogenbindungen aus. Jüngste Studien haben gezeigt, dass die Einführung von einem oder zwei Fluoratomen in das Benzol-Grundgerüst von 1,3-Benzotellurazolen zu auffallend unterschiedlichen Chalkogenbindungsmotiven in den jeweiligen Kristallstrukturen führt. Die Einführung eines Nitril-Substituenten an Position 2 des 1,3-Benzotellurazols bewirkt zudem, dass sich die planaren Erkennungseinheiten zu einer stark vernetzten, dreidimensionalen, polymerartigen Architektur zusammenlagern. Diese Architektur ist durch ein „5-ChBs-5-Nachbarn“-Motiv gekennzeichnet, welches eine Wechselwirkung zwischen zwei freien Elektronenpaaren und einem σ-Loch umfasst. Diese Architektur bildet sich unabhängig vom Fluorierungsgrad.

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Zur Publikation: https://doi.org/10.1002/chem.202502731

Chalkogenbindungen – Telluroxide als Selbsterkennungseinheiten in Lösung

Chalkogenbindungen sind eine Form von sekundären Wechselwirkungen, ähnlich wie Wasserstoffbrücken oder Halogenbindungen. Obwohl diese bereits im Festkörper gut erforscht sind, ist deren Anwendung im flüssigen Medium noch begrenzt ist. Es gibt allerdings einige chalkogenhaltige Substrate, welche in Lösung untereinander Oligomere bilden.

In unserer Arbeitsgruppe haben wir gezeigt, dass Diaryltelluroxide in verschiedenen Lösungsmitteln über intermolekulare Te···O-Verbrückungen Dimere bilden. Die Chalkogenbindungen wurden mithilfe von DOSY-NMR und Titrationsexperimenten untersucht. Die Telluroxid-Einheiten wurden außerdem dazu verwendet die thermische Halbwertszeit eines cis-Azobenzens durch intermolekulare Te···O-Wechselwirkungen zu erhöhen.

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Zur Publikation: https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5c03666

Chalkogenbindungen – Manipulation von photophysikalischen Eigenschaften

In unserem Arbeitskreis untersuchen wir, wie Chalkogenbindungen nicht nur in klassischen supramolekularen Netzwerken wirken, sondern auch im elektronisch angeregten Zustand (S₁-Zustand) ihre Eigenschaften fundamental verändern. Durch Anregung mit Licht kann eine nicht-kovalente Chalkogenbindung zwischen einem Chalkogenzentrum (z. B. Tellur) und einer Lewis-Base in eine drei-Elektronen-zwei-Zentren-Bindung (3e2c-Bindung) übergehen, die deutlich stärker ist als die Bindung im Grundzustand. Diese Bindungsstärkung erklärt die unterdrückte Photoschaltbarkeit bestimmter ortho-tellursubstituierter Azoarene unter Bestrahlung. Durch gezielte Modulation der elektronischen Eigenschaften des Arylsubstituenten oder durch Änderungen des Oxidationszustands des Chalkogens lässt sich die Ausbildung dieser 3e2c-Bindung im angeregten Zustand gezielt beeinflussen. Dadurch können die photophysikalischen Eigenschaften der Azoarene signifikant verändert und ungewöhnliche Eigenschaften wie eine Temperaturabhängigkeit der photostationären Verteilung erreicht werden. Diese Arbeiten liefern Designprinzipien zur kontrollierten Nutzung von Chalkogenbindungen in lichtgetriebenen molekularen Schaltern und responsiven Materialien, indem Bindungsstärken gezielt über elektronische Anregung gesteuert werden.

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