Neue Eisenverbindung ermöglicht Anwendungen, die erheblich Kohlendioxid einsparen

Wissenschaftlern der Universität Paderborn um Professor Matthias Bauer ist ein Durchbruch auf dem Gebiet der nachhaltigen Chemie gelungen: Gemeinsam mit einem Forscherteam der Universitäten Rostock, Mainz, Göttingen, Innsbruck und Kassel haben sie einen chemischen Komplex entwickelt, der umwandelt Licht in Energie für Reaktionen und optische Anwendungen umwandeln – und das auf nachhaltige Weise, denn mit dem Material lassen sich enorme Mengen CO2 einsparen.

Die neue Verbindung hat potenzielle Anwendungen in Bereichen wie Dioden oder bei der Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie. Die Ergebnisse wurden jetzt veröffentlicht Naturchemie.

Kohlendioxid sparen

„Das Besondere an diesem Komplex ist, dass er im Gegensatz zu den derzeit verwendeten Systemen Eisen als zentrales Element enthält“, erklärt Bauer. Bisher wurden für photochemische Reaktionen und photophysikalische Anwendungen in der Regel edelmetallbasierte Verbindungen eingesetzt.

„Allerdings entsteht bei deren Herstellung ein Kohlendioxid-Ausstoß von rund 30 Tonnen pro Kilogramm. Wenn Edelmetalle durch Eisen ersetzt werden, ist die potenzielle Reduzierung des klimaschädlichen CO2 enorm“, fügt Bauer hinzu. Im Vergleich dazu fallen bei der Herstellung eines Kilogramms Eisen nur etwa zwei Kilogramm des klimaschädlichen Gases an.

„Nachhaltigkeit hoch zwei“

„Durch das Design der untersuchten Verbindung ist es uns erstmals gelungen, eine Eigenschaft umzusetzen, die bei chemischen Verbindungen äußerst selten und bei Eisenverbindungen beispiellos ist“, erklärt Dr. Jakob Steube, einer der Schlüsselmitglieder von Bauers Team. Der Komplex leuchtet in zwei verschiedenen Farben, wenn er Licht einer bestimmten Energie ausgesetzt wird.

Diese photophysikalischen Eigenschaften ermöglichen beispielsweise die Herstellung weißer Leuchtdioden aus Eisenverbindungen. Darüber hinaus kann der Komplex zur Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie genutzt werden.

„Wir konnten zeigen, dass nach Absorption mit Licht chemische Reaktionen mit unserer neuen Verbindung möglich sind“, erklärt Bauer. „Damit erreichen wir Nachhaltigkeit hoch zwei, nämlich die Energieumwandlung mit einer nahezu CO2-neutralen Verbindung sowie die Kombination der Anwendungsbereiche in der Photochemie und Photophysik. Das kann man durchaus als kleinen Durchbruch bezeichnen.“

Diese Erkenntnisse wurden im Rahmen des Schwerpunktprogramms „Lichtgesteuerte Reaktivität von Metallkomplexen“ gewonnen. Unter der Leitung von Co-Autorin Professorin Katja Heinze von der Universität Mainz geht das Programm der Frage nach, wie sich trotz immer knapper werdender Ressourcen auch in Zukunft nachhaltige chemische Reaktionen sicherstellen lassen und wie neue Energiequellen wie das Sonnenlicht genutzt werden können.