TY  - THES
A1  - Yuan, Jiayin
T1  - Poly(Ionic Liquid)s
BT  - innovative polyelectrolytes for materials applications
Y1  - 2015
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hermanns, Jolanda
T1  - Development, use and evaluation of concepts and materials for teaching organic chemistry at university
Y1  - 2021
ER  - 
TY  - THES
A1  - Breternitz, Joachim
T1  - Structural systematic investigations of photovoltaic absorber materials
N2  - The direct conversion of light from the sun into usable forms of energy marks one of the central cornerstones of the change of our living from the use of fossil, non-renewable energy resources towards a more sustainable economy. Besides the necessary societal changes necessary, it is  the understanding of the solids employed that is of particular importance for the success of this target. In this work, the principles and approaches of systematic-crystallographic characterisation and systematisation of solids is used and employed to allow a directed tuning of the materials properties. The thorough understanding of the solid-state forms hereby the basis, on which more applied approaches are founded.
Two material systems, which are considered as promising solar absorber materials, are at the core of this work: halide perovskites and II-IV-N2 nitride materials. While the first is renowned for its high efficiencies and rapid development in the last years, the latter is putting an emphasis on true sustainability in that toxic and scarce elements are avoided.
N2  - Die direkte Umwandlung der Energie der Sonne bildet einen zentralen Baustein im Umbau unserer Gesellschaft von der Nutzung fossiler, nicht nachhaltiger Energieträger zum Erreichen einer nachhaltigen Wirtschaft. Neben den gesellschaftlichen Veränderungen ist es insbesondere das Verständnis der genutzten Festkörper, das den Motor dieser Entwicklung bildet. In dieser Arbeit werden Prinzipien der systematisch-kristallographischen Untersuchung und Kategorisierung von Festkörpern genutzt, um die Eigenschaften der Materialien gezielt steuern zu können. Dabei bildet das Verständnis des kristallinen Zustands und seine Untersuchung die Basis, auf der angewandtere Forschungsansätze aufbauen.
In dieser Arbeit werden vor allem zwei Materialsysteme betrachtet, die als Absorbermaterialien in Solarzellen in Betracht gezogen werden: Halid-Perowskite und II-IV-N2-Nitrid Materialien. Die ersteren zeichnen sich insbesondere durch ihre erstaunlich hohen Effizienzen und rapide Entwicklung in den letzten Jahren aus, während das letztere System in besonderer Weise auf Nachhaltigkeit optimiert ist, und giftige oder seltene Elemente zu vermeiden sucht.
KW  - Materials Chemistry
KW  - Crystallography
KW  - Photovoltaics
Y1  - 2023
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bouakline, Foudhil
T1  - Manifestations of Quantum-Mechanical Effects in Molecular Reaction Dynamics
N2  - This habilitation thesis summarises the research work performed by the author during the last quindecennial period. The dissertation reflects his main research interests, which revolve around quantum dynamics of small-sized molecular systems, including their interactions with electromagnetic radiation or dissipative environments. This covers various dynamical processes that involve bound-bound, bound-free, and free-free molecular transitions. The latter encompass light-triggered rovibrational or rovibronic dynamics in bound molecules, molecular photodissociation induced by weak or strong laser fields, state-to-state reactive and/or inelastic molecular collisions, and phonon-driven vibrational relaxation of adsorbates at solid surfaces. Although the dissertation covers different topics of molecular reaction dynamics, most of these studies focus on nuclear quantum effects and their manifestations in experimental measures. The latter are assessed through comparison between quantum and classical predictions, and/or direct confrontation of theory and experiment. Most well known quantum concepts and effects will be encountered in this work. Yet, almost all these quantum notions find their roots in the central pillar of quantum theory, namely, the quantum superposition principle. Indeed, quantum coherence is the main source of most quantum effects, including interference, entanglement, and even tunneling. Thus, the common and predominant theme of all the investigations of this thesis is quantum coherence, and the survival or quenching of subsequent interference effects in various molecular processes. The lion's share of the dissertation is devoted to two associated quantum concepts, which are usually overlooked in computational molecular dynamics, viz. the Berry phase and identical nuclei symmetry. The importance of the latter in dynamical molecular processes and their direct fingerprints in experimental observables also rely very much on quantum coherence and entanglement. All these quantum phenomena are thoroughly discussed within the four main topics that form the core of this thesis. Each topic is described in a separate chapter, where it is briefly summarised and then illustrated with three peer-reviewed publications. The first topic deals with the relevance of quantum coherence/interference in molecular collisions, with a focus on the hydrogen-exchange reaction, H+H2 --> H2+H, and its isotopologues. For these collision processes, the significance of interference of probability amplitudes arises because of the existence of two main scattering pathways. The latter could be inelastic and reactive scattering, direct and time-delayed scattering, or two encircling reaction paths that loop in opposite senses around a conical intersection (CI) of the H3 molecular system. Our joint theoretical-experimental investigations of these processes reveal strong interference and geometric phase (GP) effects in state-to-state reaction probabilities and differential cross sections. However, these coherent effects completely cancel in integral cross sections and reaction rate constants, due to efficient dephasing of interference between the different scattering amplitudes. As byproducts of these studies, we highlight the discovery of two novel scattering mechanisms, which contradict conventional textbook pictures of molecular reaction dynamics. The second topic concerns the effect of the Berry phase on molecular photodynamics at conical intersections. To understand this effect, we developed a topological approach that separates the total molecular wavefunction of an unbound molecular system into two components, which wind in opposite senses around the conical intersection. This separation reveals that the only effect of the geometric phase is to change the sign of the relative phase of these two components. This in turn leads to a shift in the interference pattern of the molecular system---a phase shift that is reminiscient of the celebrated Aharonov-Bohm effect. This procedure is numerically illustrated with photodynamics at model standard CIs, as well as strong-field dissociation of diatomics at light-induced conical intersections (LICIs). Besides the fundamental aspect of these studies, their findings allow to interpret and predict the effect of the GP on the state-resolved or angle-resolved spectra of pump-probe experimental schemes, particularly the distributions of photofragments in molecular photodissociation experiments. The third topic pertains to the role of the indistinguishability of identical nuclei in molecular reaction dynamics, with an emphasis on dynamical localization in highly symmetric molecules. The main object of these studies is whether nuclear-spin statistics allow dynamical localization of the electronic, vibrational, or even rotational density on a specific molecular substructure or configuration rather than on another one which is identical (indistinguishable). Group-theoretic analysis of the symmetrized molecular wavefunctions of these systems shows that nuclear permutation symmetry engenders quantum entanglement between the eigenstates of the different molecular degrees of freedom. This subsequently leads to complete quenching of dynamical localization over indistinguishable molecular substructures---an observation that is in sharp contradiction with well known textbook views of iconic molecular processes. This is illustrated with various examples of quantum dynamics in symmetric double-well achiral molecules, such as the prototypical umbrella inversion motion of ammonia, electronic Kekulé dynamics in the benzene molecule, and coupled electron-nuclear dynamics in laser-induced indirect photodissociation of the dihydrogen molecular cation. The last part of the thesis is devoted to the development of approximate wavefunction approaches for phonon-induced vibrational relaxation of adsorbates (system) at surfaces (bath). Due to the so-called 'curse of dimensionality', these system-bath complexes cannot be handled with standard wavefunction methods. To alleviate the exponential scaling of the latter, we developed approximate yet quite accurate numerical schemes that have a polynomial scaling with respect to the bath dimensionality. The corresponding algorithms combine symmetry-based reductions of the full vibrational Hilbert space and iterative Krylov techniques. These approximate wavefunction approaches resemble the 'Bixon-Jortner model' and the more general 'quantum tier model'. This is illustrated with the decay of H-Si (D-Si) vibrations on a fully H(D)-covered silicon surface, which is modelled with a phonon-bath of more than two thousand oscillators. These approximate methods allow reliable estimation of the adsorbate vibrational lifetimes, and provide some insight into vibration-phonon couplings at solid surfaces. Although this topic is mainly computational, the developed wavefunction approaches permit to describe quantum entanglement between the system and bath states, and to embody some coherent effects in the time-evolution of the (sub-)system, which cannot be accounted for with the widely used 'reduced density matrix formalism'.
N2  - Diese Habilitationsschrift fasst die Forschungsarbeiten des Autors während der letzten 15 Jahre zusammen. Die wissenschaftliche Abhandlung spiegelt seine hauptsächlichen Forschungsinteressen wider, die sich um die Quantendynamik kleiner molekularer Systeme drehen, einschließlich ihrer Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung oder dissipativer Umgebungen. Dies umfasst verschiedene dynamische Prozesse, die Übergänge zwischen molekulare Zuständen (gebunden-gebunden, gebunden-frei und frei-frei) beinhalten. Dazu zählen lichtgesteuerte rovibronische Dynamik in gebundenen Molekülen, molekulare Photodissoziation durch schwache oder starke Laserfelder, reaktive und/oder inelastische molekulare Kollisionen und phononengesteuerte Schwingungsrelaxation von Adsorbaten auf Festkörperoberflächen. Obwohl die Habilitationsschrift verschiedene Themengebiete molekularer Reaktionsdynamik abdeckt, konzentrieren sich die meisten Arbeiten auf nukleare Quanteneffekte und wie sich diese in experimentellen Messgrößen äußern.. Dies wird durch den Vergleich von quantenphysikalischen und klassischen Vorhersagen und/oder eine direkte Gegenüberstellung von Theorie und Experiment beurteilt. Die meisten wohlbekannten quantenphysikalischen Konzepte und Effekte kommen in dieser Arbeit vor. Fast alle davon beruhen auf der zentralen Säule der Quantentheorie, dem Quanten-Superpositionsprinzip. Tatsächlich ist Quantenkohärenz die Hauptquelle der meisten Quanteneffekte, einschließlich Interferenz, Verschränkung und sogar Tunneln. Daher ist das gemeinsame und vorherrschende Thema aller Untersuchungen in dieser Arbeit die Quantenkoheränz und das Fortbestehen oder die Auslöschung der daraus folgenden Interferenzauswirkungen in verschiedenen molekularen Prozessen. Der Hauptanteil dieser Habilitationsschrift behandelt zwei verwandte Quantenkonzepte, die in Molekulardynamik-Rechnungen meist keine Beachtung finden, nämlich der Berry-Phase und der Symmetrie identischer Kerne. Deren Bedeutung in dynamischen molekularen Prozessen und ihre Anzeichen in experimentellen Messgrößen beruhen auch zu großen Teilen auf Quantenkohärenz und Verschränkung. Alle diese Quantenphänomene werden in den vier Hauptthemen, die den Kern dieser Arbeit bilden, umfassend behandelt. Jedes Themengebiet wird in einem separaten Kapitel beschrieben, in dem es kurz zusammengefasst und durch drei extern begutachtete Veröffentlichungen dargestellt wird. Das erste Themengebiet behandelt die Relevanz von Interferenz bei molekularen Kollisionen, wobei der Fokus auf der Wasserstoff-Austauschreaktion, H+H2 --> H2+H, und ihren Isotopologen liegt. Die Bedeutsamkeit der Interferenz der Wahrscheinlichkeits-Amplituden für solche Kollisionsprozesse erwächst aus der Existenz zweier Haupt-Streupfade. Dabei kann es sich um inelastische und reaktive Streuung, direkte und zeitverzögerte Streuung oder zwei gegenläufige Reaktionspfade um eine konische Durchschneidung (conical intersection, CI) im H3-Molekülsystem handeln. Unsere gemeinsamen theoretische und experimentelle Untersuchungen dieser Prozesse offenbaren einen starken Einfluss von Interferenz und der geometrischen Phase (GP) auf “state-to-state” Reaktionswahrscheinlichkeiten und differentielle Querschnitte. Allerdings heben sich diese kohärenten Effekte bei integralen Querschnitten und Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten durch effiziente Dephasierung der Interferenz zwischen verschiedenen Streuamplituden komplett auf. Als Nebenprodukte dieser Studien heben wir die Entdeckung zweier neuartiger Streumechanismen hervor, die herkömmlichen Lehrbuchmeinungen widersprechen. Das zweite Thema dreht sich um die Auswirkungen der Berry-Phase auf molekulare Photodynamik an konischen Durchschneidungen. Um diesen Effekt zu verstehen, haben wir einen topologischen Ansatz entwickelt, der die gesamte molekulare Wellenfunktion eines ungebundenen molekularen Systems in zwei Komponenten trennt, die sich in unterschiedlichen Richtungen um die CI winden. Diese Unterteilung zeigt, dass die einzige Auswirkung der geometrischen Phase ein Vorzeichenwechsel der relativen Phase der beiden Komponenten ist. Dieser führt seinerseits zu einer Verschiebung im Interferenzmuster des molekularen Systems---eine Phasenverschiebung, die an den berühmten Aharonov–Bohm-Effekt erinnert. Dieses Verfahren wird numerisch anhand der Photodynamik von üblichen CI-Modellen sowie der Dissoziation von zweiatomigen Molekülen an lichtinduzierten konischen Durchschneidungen (light-induced conical intersections, LICIs) in starken Feldern dargestellt. Neben den fundamentellen Aspekten dieser Arbeiten erlauben die Ergebnisse auch, den Einfluss der geometrischen Phase auf zustandsaufgelöste oder winkelaufgelöste Spektren in “Pump-Probe”-Experimenten zu interpretieren und vorherzusagen, insbesondere die Verteilungen von Photofragmenten in Photodissoziationsexperimenten. Das dritte Themengebiet betrifft die Rolle der Ununterscheidbarkeit identischer Kerne in der molekularen Reaktionsdynamik, wobei der Schwerpunkt auf der dynamischen Lokalisierung hochsymmetrischer Moleküle liegt. Zentraler Gegenstand dieser Arbeiten ist die Frage, ob Kernspin-Statistiken eine dynamische Lokalisierung der Elektronen-, Vibrations- oder sogar Rotations-Dichte auf eine spezifische molekulare Unterstruktur oder Konfiguration anstelle einer anderen identischen (ununterscheidbaren) Teilstruktur erlauben. Gruppentheoretische Betrachtungen der symmetrisierten molekularen Wellenfunktionen dieser Systeme zeigen, dass die nukleare Permutationssymmetrie eine Quantenverschränkung zwischen den Eigenzuständen der verschiedenen molekularen Freiheitsgrade verursacht. Dies führt zu einer kompletten Löschung der dynamischen Lokalisierung auf ununterscheidbare molekulare Teilstrukturen---ein Ergebnis, das in krassem Widerspruch zu weitverbreiteten Lehrbuchansichten ikonischer molekularer Prozesse steht. Dies wird anhand verschiedener Beispiele für die Quantendynamik in achiralen Molekülen mit symmetrischem Doppelminimumspotential illustriert, wie etwa der prototypische pyramidale Inversion von Ammoniak, der elektronischen Kekulé-Dynamik im Benzol-Molekül und der gekoppelte Elektron-Kern-Dynamik bei der laser-induzierten indirekten Photodissoziation des Diwasserstoff-Kations. Der letzte Teil der Habilitationsschrift widmet sich der Entwicklung genäherter Wellenfunktions-Ansätze für die phononengesteuerte Schwingungsrelaxation von Adsorbaten (System) auf Oberflächen (Bad). Aufgrund des sogenannten “Fluchs der Dimensionalität” können diese System-Bad-Komplexe nicht mit üblichen Wellenfunktionsmethoden behandelt werden. Um deren exponentielle Skalierung zu vermindern, haben wir genäherte, aber recht genaue, numerische Verfahren mit polynomialer Skalierung in Bezug auf die Bad-Dimensionen entwickelt.. Die entsprechenden Algorithmen vereinen eine symmetriebasierte Verringerung des vollen Vibrations-Hilbertraums und iterative Krylov-Verfahren. Diese genäherten Wellenfunktionsansätze ähneln dem “Bixon-Jortner Modell” und dem allgemeineren “Quanten-Stufenmodell”. Sie werden auf den Zerfall der H(D)-Si-Schwingungen auf einer komplett mit H (D) bedeckten Siliziumoberfläche angewandt, die durch ein Phononenbad mit mehr als zweitausend Oszillatoren dargestellt wird. Diese Näherungsverfahren erlauben eine zuverlässige Abschätzung der Schwingungslebensdauern der Adsorbate und gewähren Einsicht in die Vibrations-Phonon-Kopplungen an Festkörperoberflächen. Obwohl dieses Thema hauptsächlich rechenbetont ist, ermöglichen die entwickelten Wellenfunktionsmethoden eine Beschreibung der Quantenverschränkung zwischen System- und Bad-Zuständen und die Illustration einiger kohärenter Effekte in der zeitlichen Entwicklung des (Teil-)Systems, die nicht mit dem häufig verwendeten reduzierten Dichtematrix-Formalismus erfasst werden können.
KW  - Molecular Collisions
KW  - Conical Intersections
KW  - Berry Phase
KW  - Nuclear-Spin-Statistics
KW  - Dissipation-Decoherence
KW  - Molekulare Kollisionen
KW  - Konischen Durchschneidungen
KW  - Berry-Phase
KW  - Kernspin-Statistiken
KW  - Dissipation-Dekohärenz
Y1  - 2023
ER  - 
TY  - THES
A1  - Savatieiev, Oleksandr
T1  - Carbon nitride semiconductors: properties and application as photocatalysts in organic synthesis
N2  - Graphitic carbon nitrides (g-CNs) are represented by melon-type g-CN, poly(heptazine imides) (PHIs), triazine-based g-CN and poly(triazine imide) with intercalated LiCl (PTI/Li+Cl‒). These materials are composed of sp2-hybridized carbon and nitrogen atoms; C:N ratio is close to 3:4; the building unit is 1,3,5-triazine or tri-s-triazine; the building units are interconnected covalently via sp2-hybridized nitrogen atoms or NH-moieties; the layers are assembled into a stack via weak van der Waals forces as in graphite. Due to medium band gap (~2.7 eV) g-CNs, such as melon-type g-CN and PHIs, are excited by photons with wavelength ≤ 460 nm. Since 2009 g-CNs have been actively studied as photocatalysts in evolution of hydrogen and oxygen – two half-reactions of full water splitting, by employing corresponding sacrificial agents. At the same time application of g-CNs as photocatalysts in organic synthesis has been remaining limited to few reactions only. Cumulative Habilitation summarizes research work conducted by the group ‘Innovative Heterogeneous Photocatalysis’ between 2017-2023 in the field of carbon nitride organic photocatalysis, which is led by Dr. Oleksandr Savatieiev.
g-CN photocatalysts activate molecules, i.e. generate their more reactive open-shell intermediates, via three modes: i) Photoinduced electron transfer (PET); ii) Excited state proton-coupled electron transfer (ES-PCET) or direct hydrogen atom transfer (dHAT); iii) Energy transfer (EnT). The scope of reactions that proceed via oxidative PET, i.e. one-electron oxidation of a substrate to the corresponding radical cation, are represented by synthesis of sulfonylchlorides from S-acetylthiophenols. The scope of reactions that proceed via reductive PET, i.e. one-electron reduction of a substrate to the corresponding radical anion, are represented by synthesis of γ,γ-dichloroketones from the enones and chloroform.
Due to abundance of sp2-hybridized nitrogen atoms in the structure of g-CN materials, they are able to cleave X-H bonds in organic molecules and store temporary hydrogen atom. ES-PCET or dHAT mode of organic molecules activation to the corresponding radicals is implemented for substrates featuring relatively acidic X-H bonds and those that are characterized by low bond dissociation energy, such as C-H bond next to the heteroelements. On the other hand, reductively quenched g-CN carrying hydrogen atom reduces a carbonyl compound to the ketyl radical via PCET that is thermodynamically more favorable pathway compared to the electron transfer. The scope of these reactions is represented by cyclodimerization of α,β-unsaturated ketones to cyclopentanoles.
g-CN excited state demonstrates complex dynamics with the initial formation of singlet excited state, which upon intersystem crossing produces triplet excited state that is characterized by the lifetime > 2 μs. Due to long lifetime, g-CN activate organic molecules via EnT. For example, g-CN sensitizes singlet oxygen, which is the key intermediate in the dehydrogenation of aldoximes to nitrileoxides. The transient nitrileoxide undergoes [3+2]-cycloaddition to nitriles and gives oxadiazoles-1,2,4.
PET, ES-PCET and EnT are fundamental phenomena that are applied beyond organic photocatalysis. Hybrid composite is formed by combining conductive polymers, such as poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) with potassium poly(heptazine imide) (K-PHI). Upon PET, K-PHI modulated population of polarons and therefore conductivity of PEDOT:PSS. The initial state of PEDOT:PSS is recovered upon material exposure to O2. K-PHI:PEDOT:PSS may be applied in O2 sensing.
In the presence of electron donors, such as tertiary amines and alcohols, and irradiation with light, K-PHI undergoes photocharging – the g-CN material accumulates electrons and charge-compensating cations. Such photocharged state is stable under anaerobic conditions for weeks, but at the same time it is a strong reductant. This feature allows decoupling in time light harvesting and energy storage in the form of electron-proton couples from utilization in organic synthesis. The photocharged state of K-PHI reduces nitrobenzene to aniline, and enables dimerization of α,β-unsaturated ketones to hexadienones in dark.
N2  - Graphitische Kohlenstoffnitride (g-CNs) werden durch g-CN vom Melonen-Typ, Poly(heptazinimide) (PHIs), g-CN auf Triazinbasis und Poly(triazinimid) mit interkaliertem LiCl (PTI/Li+Cl-) repräsentiert. Diese Materialien bestehen aus sp2-hybridisierten Kohlenstoff- und Stickstoffatomen; das C:N-Verhältnis liegt nahe bei 3:4; das Grundgerüst ist 1,3,5-Triazin oder Tri-s-Triazin; die Grundgerüste sind kovalent über sp2-hybridisierte Stickstoffatome oder NH-Moleküle miteinander verbunden; die Schichten werden über schwache van-der-Waals-Kräfte wie in Graphit zu einem Stapel zusammengefügt. Aufgrund der mittleren Bandlücke (~2,7 eV) werden g-CNs, wie z. B. g-CN vom Melonen-Typ und PHIs, durch Photonen mit einer Wellenlänge ≤ 460 nm angeregt. Seit 2009 werden g-CNs aktiv als Photokatalysatoren für die Entwicklung von Wasserstoff und Sauerstoff - zwei Halbreaktionen der vollständigen Wasserspaltung - untersucht, indem entsprechende Opferstoffe eingesetzt werden. Gleichzeitig ist die Anwendung von g-CNs als Photokatalysatoren in der organischen Synthese auf wenige Reaktionen beschränkt geblieben. Die kumulative Habilitation fasst die Forschungsarbeiten zusammen, die von der Gruppe "Innovative heterogene Photokatalyse" zwischen 2017 und 2023 auf dem Gebiet der organischen Photokatalyse mit Kohlenstoffnitrid durchgeführt wurden, die von Dr. Oleksandr Savatieiev geleitet wird.
g-CN-Photokatalysatoren aktivieren Moleküle, d. h. sie erzeugen ihre reaktiveren Zwischenprodukte mit offener Schale über drei Modi: i) photoinduzierter Elektronentransfer (PET); ii) protonengekoppelter Elektronentransfer im angeregten Zustand (ES-PCET) oder direkter Wasserstoffatomtransfer (dHAT); iii) Energietransfer (EnT). Der Bereich der Reaktionen, die über oxidativen PET ablaufen, d. h. die Ein-Elektronen-Oxidation eines Substrats zum entsprechenden Radikalkation, wird durch die Synthese von Sulfonylchloriden aus S-Acetylthiophenolen dargestellt. Der Bereich der Reaktionen, die über reduktive PET ablaufen, d. h. Reduktion eines Substrats mit einem Elektron zum entsprechenden radikalischen Anion, wird durch die Synthese von γ,γ-Dichloroketonen aus Enonen und Chloroform repräsentiert.
Aufgrund der zahlreichen sp2-hybridisierten Stickstoffatome in der Struktur der g-CN-Materialien können sie X-H-Bindungen in organischen Molekülen spalten und temporäre Wasserstoffatome speichern. Der ES-PCET- oder dHAT-Modus der Aktivierung organischer Moleküle zu den entsprechenden Radikalen wird bei Substraten mit relativ sauren X-H-Bindungen und solchen, die sich durch eine niedrige Bindungsdissoziationsenergie auszeichnen, wie z. B. die C-H-Bindung neben den Heteroelementen, durchgeführt. Andererseits reduziert reduktiv gequenchtes g-CN, das ein Wasserstoffatom trägt, eine Carbonylverbindung über PCET zum Ketylradikal, was im Vergleich zum Elektronentransfer der thermodynamisch günstigere Weg ist. Der Umfang dieser Reaktionen wird durch die Cyclodimerisierung von α,β-ungesättigten Ketonen zu Cyclopentanolen dargestellt.
Der angeregte Zustand von g-CN zeigt eine komplexe Dynamik mit der anfänglichen Bildung eines angeregten Singulett-Zustands, der beim Übergang zwischen den Systemen einen angeregten Triplett-Zustand erzeugt, der durch eine Lebensdauer von > 2 μs gekennzeichnet ist. Aufgrund der langen Lebensdauer aktivieren g-CN organische Moleküle über EnT. So sensibilisiert g-CN beispielsweise Singulett-Sauerstoff, der das wichtigste Zwischenprodukt bei der Dehydrierung von Aldoximen zu Nitriloxiden ist. Das transiente Nitriloxid unterliegt einer [3+2]-Cycloaddition zu Nitrilen und ergibt Oxadiazole-1,2,4.
PET, ES-PCET und EnT sind grundlegende Phänomene, die über die organische Photokatalyse hinaus Anwendung finden. Hybridkomposit wird durch die Kombination von leitfähigen Polymeren wie Poly(3,4-ethylendioxythiophen)polystyrolsulfonat (PEDOT:PSS) mit Kaliumpoly(heptazinimid) (K-PHI) gebildet. Nach PET modulierte K-PHI die Population der Polaronen und damit die Leitfähigkeit von PEDOT:PSS. Der Ausgangszustand von PEDOT:PSS wird wiederhergestellt, wenn das Material O2 ausgesetzt wird. K-PHI:PEDOT:PSS kann für die O2-Sensorik verwendet werden.
In Gegenwart von Elektronendonatoren, wie tertiären Aminen und Alkoholen, und bei Lichteinstrahlung wird K-PHI photogeladen - das g-CN-Material sammelt Elektronen und ladungsausgleichende Kationen an. Dieser photogeladene Zustand ist unter anaeroben Bedingungen wochenlang stabil, gleichzeitig ist er aber ein starkes Reduktionsmittel. Diese Eigenschaft ermöglicht die zeitliche Entkopplung von Lichtsammlung und Energiespeicherung in Form von Elektron-Protonen-Paaren von der Nutzung in der organischen Synthese. Der photogeladene Zustand von K-PHI reduziert Nitrobenzol zu Anilin und ermöglicht die Dimerisierung von α,β-ungesättigten Ketonen zu Hexadienonen im Dunkeln.
KW  - carbon nitride
KW  - photocatalysis
KW  - photochemistry
KW  - photocharging
KW  - organic synthesis
Y1  - 2023
ER  -