Lichtgetriebene

Lichtgetriebene Systeme sind solche, in denen Lichtenergie als primäre Energiequelle dient, um mechanische Arbeit zu verrichten oder chemische Reaktionen anzustoßen. Der Begriff wird sowohl in der Biologie als auch in der Chemie, Materialwissenschaft und Nanotechnologie verwendet.

Zentrale Mechanismen umfassen photochemische Prozesse, bei denen Licht Elektronen verschiebt oder chemische Bindungen verändert, sowie photophysikalische Effekte wie die Photoisomerisierung. Durch wiederholte Lichteinstrahlung können Moleküle Struktur oder Orientierung ändern, was zu Bewegung oder Aktivierung führt. Typische Beispiele sind Azobenzene- und Diarylethen-Verbindungen, die durch Lichtzustände zwischen Isomeren wechseln, sowie lichtgetriebene Molekülmotoren.

Natürliche Prozesse umfassen die Photosynthese, bei der Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird. In der Technik kommen Photoredox-Katalyse, lichtbasierte Elektronentransferreaktionen und Photozellen zum Einsatz, um chemische Reaktionen zu steuern oder elektrische Energie aus Licht zu gewinnen.

Anwendungsfelder reichen von der erneuerbaren Energie über die organische Synthese bis hin zur Mikrosystemtechnik. Lichtgetriebene Moleküle arbeiten als Motoren oder Schalter auf der Nanoskala; in der Medizin werden lichtgesteuerte Freisetzungssysteme erforscht. In der Industrie stehen Photokatalyse und photoelektrochemische Zellen im Mittelpunkt der Bemühungen um nachhaltige Prozesse.

Herausforderungen bestehen in der Effizienz, Haltbarkeit und Skalierbarkeit, sowie in der Kontrolle der Reaktionspfade und der Minimierung von Nebenreaktionen. Forschungsarbeiten zielen darauf ab, Lichtnutzung breiter einsetzbar zu machen und Materialien mit spezifischen, robusten Reaktionen zu entwickeln.

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