Humboldt-Universität zu Berlin - Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät - Arbeitsgruppe Ray

Forschung

Womit befassen wir uns?

Unsere Forschung zielt auf die mechanistische Aufklärung der Aktivierung kleiner Moleküle (O2, H2O, CO2) für Redoxprozesse an enzymähnlichen Katalysatoren mit Übergangsmetall-Zentren, z.B. Fe, Cu, Co, Mn und Ni.

 

front page.JPG

 

Was ist unsere Motivation?

Die Natur nutzt Enzyme für oxidative und reduktive Stoffwechselprozesse, die extrem effizient wirken. Die dort wirkenden Metallkationen sind weder selten noch teuer. Der Mensch benötigt für die meisten seiner industriellen chemischen Reaktionen Katalysatoren mit aktiven Zentren auf Basis edler oder auch seltener Metalle - also teure Edukte.
Von großem Interesse sind daher synthetische Katalysatoren, die ähnlich effizient sind wie Enzyme und auf preiswerten Ausgangsstoffen basieren. Hinzu kommt, dass die eigentlich katalytisch aktive Spezies – ein Intermediat - meist nicht bekannt ist.

Genau diesen Tatsachen widmet sich unsere Forschung!

 

TOC non heme.jpg

 

Wie machen wir das?

Unsere synthetisierten Übergangsmetallkomplexe werden mit kleinen Molekülen wie z.B. O2, CO2 oder H2O aktiviert. Durch starke Absenkung der Reaktionstemperatur lassen sich Reaktionen simultan UV/Vis-spektroskopisch verfolgen. Reaktive Intermediate können durch Absenkung der Temperatur eingefangen und nachträglich mit verschiedenen Techniken analysiert werden.

Dazu nutzen wir eine große Bandbreite an verschiedenen analytischen Methoden:

 

Elektronenspinresonanz-Spektroskopie

[alternativer Bildtext]

Glove-Box und Schlenktechniken

[alternativer Bildtext]

ESI-Massenspektrometer

[alternativer Bildtext]

Gaschromatographie + Massenspektrometer

[alternativer Bildtext]

Elektrochemische Methoden

[alternativer Bildtext]

 

FT-Infrarot-Spektroskopie

[alternativer Bildtext]

"Stopped-Flow"-UV/Vis-Spektroskopie

[alternativer Bildtext]

Weitere Analysemethoden

 

 

Was erreichen wir damit?

Wir können feststellen, welche Oxidationsstufen und welche Spinzustände das Metallkation durchläuft und was davon zur besonderen Reaktivität beiträgt. Die Kombination von Synthese, Spektroskopie und quantenchemischen Berechnungen - auch in Zusammenarbeit mit anderen Arbeitsgruppen – generiert wichtige Erkenntnisse zu Reaktionsmechanismen. Die Kenntnis der Mechanismen ist Voraussetzung für das Design effizienter Katalysatoren für Zielreaktionen wie z.B. O2-Reduktion, H2O-Oxidation, CO2-Aktivierung oder auch H2O-Spaltung zur Wasserstoffgewinnung.

 

TOC JACS 2017.jpeg