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Zusammenfassung

Ein Hauptaspekt bei der Entwicklung neuer Systeme für die photokatalytische Wasserspaltung ist die effizientere Nutzung von Sonnenenergie. Bisherige Systeme basieren hierbei vorrangig auf Edelmetallkomplexen, welche jedoch in ihren Kosten und ihrer Umweltverträglichkeit nachteilig sind. Aus diesem Grund ist bereits eine Vielzahl an Alternativen unter der Nutzung von unedlen Metallen entwickelt worden, die aufgrund ihrer Effektivität eine industrielle Nutzung noch nicht möglich machen. Im Rahmen der Dissertation wurde untersucht, welchen Einfluss die systematische Variation neuer C^N^C-Liganden auf die spektroskopischen Eigenschaften entsprechender Photosensibilisatoren hat. Hierzu konnten zunächst Amin-funktionalisierte Bis-NHC-Pyridin-Liganden synthetisiert und ihre spektroskopischen Eigenschaften, mit denen der entsprechenden unfunktionalisierten Liganden verglichen werden. Anschließend wurde mithilfe dieser Liganden eine systematische Reihe neuer homoleptischer Eisenkomplexe synthetisiert, um den Einfluss der veränderten Liganden auf die Eigenschaften der jeweiligen Komplexe zu untersuchen. Die erhaltene Komplexreihe wurde mittels verschiedener Methoden detailliert charakterisiert und auf ihre Eignung im Hinblick auf die photokatalytische Wasserspaltung geprüft. Um den Einfluss der Liganden weitergehend zu untersuchen, wurde eine übereinstimmende Komplexreihe homoleptischer Rutheniumkomplexe hergestellt und ebenfalls auf ihre Eigenschaften hin untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen eine prinzipielle Nutzbarkeit der Systeme für photokatalytische Prozesse. Zusätzlich zeigen die Systeme eine Reihe außergewöhnlicher Eigenschaften, die durch weitere Arbeiten ein Schritt in Richtung nachhaltiger Katalyse sein können.

Abstract

A key aspect in the development of new systems for photocatalytic water splitting is the more efficient use of solar energy. Previous systems are based primarily on precious metal complexes, which are however, disadvantageous in terms of cost and environmental compatibility. For this reason, a multitude of transition metal-based complexes were developed to act as an ecological friendly alternative, but these reveal a lack of efficiency due to their photophysical disadvantages. Within this doctoral thesis, the influence of a methodical variation of new C^N^C-ligands was investigated in terms of the spectroscopic properties from according photosensitizer. Therefore, amine-functionalized bis-NHC-pyridine-ligands were synthesized as well as analyzed in terms of their spectroscopic properties and compared to their unfunctionalized analogues. Subsequently these ligands were used to prepare a systematic series of new homoleptic iron-NHC complexes, to investigate how the varied ligand nature influences the properties of the respective complexes. The obtained complex series was analyzed in detail using different methods to examine its qualification regarding the use in photocatalytic applications. For this reason, the absorption properties and the redox behavior were made a major priority. To further understand the ligand influence, a congruent series of homoleptic ruthenium-NHC complexes was synthesized and examined for similar properties. A direct comparison of iron- and ruthenium-NHC complexes allows statements regarding the ligand influence independent of the metal center. The obtained results display a theoretical usability of the investigated complex series for photocatalytic applications. Additionally, the systems exhibit a number of extraordinary properties that can be a step in the direction of sustainable catalysis through constuctive work.

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