Fakultätsbericht 2016-2017

Professur für Theoretische Chemie Prof. Dr. Stefanie Gräfe Forschungsschwerpunkte  Modellierung der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie mit Hilfe quantenchemischer und dynamischer Methoden  Elektronische und spektroskopische Eigenschaften molekularer Systeme  Photophysik und Photochemie von Elektronen-Transfersystemen  Zeitaufgelöste Spektroskopie – Femtosekundenchemie  Attosekundenphysik und Elektronendynamik  Atom- und Molekülphysik in starken Laserfeldern 66 — FORSCHUNG Die photokatalytische Wasserspaltung ist ein wichtiges und aktives Forschungsgebiet, da es die Möglichkeit bietet, in unserer Zukunft auf er- neuerbare Energiequellen zurückzugreifen. In den letzten Jahren wurden immer wieder vielverspre- chende Photokatalysatoren synthetisiert. Intra- molekulare, homogene Photokatalysatoren, die Protonenreduktionsaktivität weisen, zeigen oft ein ähnliches strukturelles Designkonzept auf, in dem ein Photosensibilisator (Elektronendonor), ein intramolekularer Brückenligand (Elektronen- akkumulator) und das katalytisch aktive Zentrum (Elektronakzeptor) kombiniert werden. Eine fun- dierte theoretische Beschreibung und Simulation dieser Prozesse ist dabei besonders wichtig, zum Verständnis der Funktionalität und Effizienz die- ser molekularen Photokatalysatoren. Quantenchemische und -dynamische Beschreibung der photophysikalischen und -chemischen Prozesse in der photokatalytischen Erzeugung von molekularem H 2 In diesem Kontext hat unsere Arbeitsgruppe den prototypischen Ru=Co Modell-Photokataly- sator ([(bpy) 2 Ru(II)(tpphz) 1 Co(III)(bpy) 2 ](PF 6 ) 5 mit (tpphz) = tetrapyrido (3,2-a:2′3′-c:3″,2″-h::2’’’,3’’’-j) phenazin) mithilfe quantenchemischer und -dyna- mischer Methoden untersucht. Wir haben Raten- konstanten für den intramolekularen Elektronen- transfer mithilfe semiklassischer Markustheorie und nicht-adiabatischen Wellenpaketmethoden berechnet und sehr gute Übereinstimmung mit dem Experiment gefunden. Dies ist vielverspre- chend für weitere zukünftige Untersuchungen an molekularen Photokatalysatoren, wie wir sie z. B. gemeinsam mit der AG Dietzek durchführen. [1] Koch, A., Kinzel, D., Dröge, F., Gräfe, S., Kupfer, S. (2017): Photochemistry and electron transfer kinetics in a photocatalyst model assessed by Marcus Theory and quantum dynamics. J. Phys. Chem. C, 121, 16066-16078. Abb. 1. Quantenche- mische und -dynamische Berechnungen des photo- induzierten Elektronen- transfers eines Donor- Brücke-Akzeptor proto- typischen molekularen Photokatalysators. Abbildung aus Ref. [1].