Der Neue Wiesentbote

Lichtemittierende Moleküle als Sensoren der Zukunft

Dr. Hannah Kurz, Absolventin der Universität Bayreuth, ist von der Bayernwerk AG mit dem Bayerischen Kulturpreis in der Sparte Wissenschaft ausgezeichnet worden. Im Rahmen einer feierlichen Abendveranstaltung des Bayernwerks am 10. November 2022 nahm sie den Preis in den Eisbach Studios München entgegen. Die Chemikerin, die heute als Stipendiatin der Alexander-von-Humboldt-Stiftung an der Universität Cambridge in Großbritannien forscht, wurde für ihre Doktorarbeit zu lichtemittierenden Sensormaterialien geehrt. Diese Arbeit wurde an der Universität Bayreuth in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Birgit Weber (Anorganische Chemie IV) angefertigt.

Dr. Hannah Kurz an der University of Cambridge. © privat

Dr. Hannah Kurz präsentiert in ihrer Doktorarbeit grundlegende Erkenntnisse zur Photolumineszenz von Molekülen. Der Begriff „Photolumineszenz“ beschreibt Prozesse, bei denen ein physikalisches System von außen durch Lichtenergie in einen angeregten Zustand versetzt wird und anschließend wieder in den Grundzustand zurückkehrt. Entscheidend ist dabei, dass bei dieser Rückkehr in den Ausgangszustand Photonen (Lichtteilchen) ausgesendet werden. Materialien, die in kurzer Zeit besonders viel Lichtenergie aufnehmen und emittieren können, heißen photolumineszente Materialien. Sie können in vielen Bereichen eingesetzt werden, beispielsweise als Katalysatoren, als Emitterstoffe in organischen Leuchtdioden (OLEDs) oder als Sensoren.

Photolumineszente Materialien enthalten heute in fast allen Fällen Übergangsmetalle wie Platin, Iridium oder Ruthenium. Diese kommen auf der Erde aber relativ selten vor und sind deshalb entsprechend teuer. Um das Sonnenlicht und andere Lichtquellen künftig verstärkt als Energieressource für sensorische Anwendungen nutzen zu können, wäre es daher vorteilhaft, die seltenen Metalle durch häufig vorkommende Metalle wie Eisen, Nickel, oder Zink ersetzen zu können. Hier aber stellt sich das Problem, dass es in sehr vielen Fällen nicht zu einer Emission von Lichtenergie kommt, wie sie von photolumineszenten Materialien verlangt wird. Bei dieser Herausforderung setzt die preisgekrönte Doktorarbeit an. Dr. Hannah Kurz hat Nickel- und Zinkkomplexe daraufhin untersucht, wie sie so gestaltet werden können, dass sie sich als photolumineszente Sensormaterialien eignen. „Photolumineszente Materialien bieten herausragende Möglichkeiten für sensorische Anwendungen, da Emission sehr einfach und mit hoher Genauigkeit detektierbar ist“, sagt die Preisträgerin Dr. Hannah Kurz. Es ist ihr gelungen, drei Systeme zu entwickeln, bei denen die Lichtsensitivität mit Photolumineszenz gekoppelt ist. Die photophysikalischen und photochemischen Prozesse, die in diesen Systemen ablaufen, hat sie mit unterschiedlichen Messtechniken und in Kooperation mit Dr. Gerald Hörner und Dr. Giovanni Li Manni durch theoretische Rechnungen analysiert, sodass ihre Forschungsarbeiten das wissenschaftliche Verständnis photolumineszenter Sensormaterialien wesentlich vorangebracht haben.

„Diese Studien wären nicht möglich gewesen ohne die Kooperation mit exzellenten Arbeitsgruppen innerhalb und außerhalb der Universität Bayreuth“, sagt die Bayreuther Preisträgerin und verweist dabei auf die Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Anna Köhler (Experimentalphysik), Prof. Dr. Andreas Greiner (Makromolekulare Chemie) und Prof. Dr. Roland Marschall (Physikalische Chemie) an der Universität Bayreuth sowie mit Prof. Dr. Dirk Guldi an der FAU Erlangen-Nürnberg und Dr. Giovanni Li Manni am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart. Aufgrund ihrer herausragenden Forschungsleistungen erhielt Dr. Hannah Kurz ein Feodor Lynen-Forschungsstipendium der Alexander-von-Humboldt-Stiftung. Seit September 2022 arbeitet sie als Postdoc in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Jonathan Nitschke am Yusuf Hamied Department of Chemistry der University of Cambridge.

Zur Preisverleihung:

Die Bayernwerk AG, die 2022 ihr 100-jähriges Jubiläum feiert, hat in diesem Jahr insgesamt 33 Absolvent*innen und Doktorand*innen bayerischer Hochschulen und Universitäten mit einem Kulturpreis in der Sparte Wissenschaft geehrt. Die Preise sind jeweils mit 2.000 Euro dotiert. Alle Preisträger*innen erhielten bei der feierlichen Preisverleihung am 10. November die von dem Schwandorfer Bildhauer Peter Mayer geformte Bronzestatue „Gedankenblitz“.