The development of new catalysts for water reduction, water oxidation and hydrogen release from formic acid is described. An efficient water reduction catalyst based on readily available iron carbonyl precursors and phosphine ligands was developed. The turnover number for the iron catalyst is as high as 2700, the highest turnover number for any known catalyst based on iron in photocatalytic water reduction. Mechanistic studies were carried out applying FT-IR, NMR, EPR, and Raman spectroscopy. Oxygen production from water was achieved with an efficient iridium catalyst based on e.g. iridium(III)chloride. Furthermore, the first examples of iron catalysts for hydrogen release from formic acid are described. The best catalyst shows turnover numbers of up to ~90 000, the highest productivity for a non-noble metal based catalyst for formic acid dehydrogenation.
Ziel der Arbeit war die Entwicklung neuer Katalysatoren für die Wasserreduktion, Wasseroxidation und die Wasserstofffreisetzung aus Ameisensäure. Ein effizienter Wasserreduktionskatalysator basierend auf Eisencarbonyl-Präkusoren und Phosphin-Liganden zeigte eine Umsatzzahl von bis zu 2700. Dies entspricht der höchsten bisher gemessenen Produktivität eines Eisenkatalysators für die lichtgetriebene Wasserreduktion. Mechanistische Studien wurden mithilfe von FT-IR-, NMR-, EPR- und Raman-Spektroskopie durchgeführt. Die Wasseroxidation gelang mit einem Iridium-Katalysator (z.B. auf Basis von Iridium(III)chlorid). Für die Wasserstofffreisetzung aus Ameisensäure werden die ersten Eisen-basierten Katalysatoren beschrieben. Der beste Katalysator zeigt eine Umsatzzahl von ~90 000 und stellt somit den bisher aktivsten nicht Edelmetall-Katalysator für die Wasserstofferzeugung aus Ameisensäure dar.