Prof. Dr.
Francesca Toma
Francesca Toma ist Biophysikerin und leitet am Hereon das Institut für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit. Sie entwickelt umweltfreundliche Materialien und erforscht, wie man Wasserstoff umweltfreundlich erzeugen kann, um diesen als mögliche Energiequelle der Zukunft nutzen zu können. Außerdem entwickelt sie klimafreundliche Materialien für die Forschung.
Francesca Toma hat die Natur als Vorbild, genauer die natürliche Photosynthese in Pflanzenblättern. Daran angelehnt erforscht sie, wie man Wasser mithilfe von Sonnenlicht in Wasserstoff und Sauerstoff spalten kann, die Methode wird auch „künstliches Blatt“ genannt. Dabei erzielte sie wichtige Durchbrüche, zum Beispiel bei der Korrosion der Materialien. Sie kombiniert in ihren Arbeiten Wasserstoff-, Klima- und Materialforschung.
Mit ihrer Forschung möchte sie Systeme und Materialien für eine klimafreundlichere Welt entwickeln. Es ist ihr ein Anliegen, Forschungsprozesse selbst umweltfreundlich zu gestalten und nachhaltige Materialien einzusetzen. Bevor Francesca Toma ans Hereon kam, forschte sie über zehn Jahre in den USA, unter anderem im Lawrence Berkeley National Lab.
Francesca Toma steht für Gespräche, Interviews oder Anhörungen zur Verfügung zu den Themen:
- Entwicklung von chemischen Produkten und Verfahren zur Förderung der Nutzung nachwachsender Rohstoffe und zirkulärer Systeme, um die Kreislaufwirtschaft zu stärken und Abfälle zu vermeiden.
- Klimafreundliche Erzeugung von Chemikalien und Kraftstoffen: grüner Wasserstoff, CO2-Reduktion, Nitratreduktion, photoelektrochemische Wasserspaltung, künstliche Photosynthese
- Klimafreundliche Funktionsmaterialien: Anwendungen in der Biomedizin, Biotechnologie
- Computermodellierungen
Francesca Toma leitet seit 2023 das Institut für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit am Helmholtz-Zentrum Hereon. Sie erforscht klimaneutrale Verfahren zur Herstellung von Chemikalien. So gilt beispielsweise Wasserstoff als Energieträger der Zukunft, er muss dafür allerdings umweltverträglich hergestellt werden. Francesca Toma und ihr Team orientieren sich dabei an der Photosynthese. Die Methode wird photoelektrochemische Wasserspaltung genannt, künstliche Photosynthese, oder auch „künstliches Blatt“.
Bei der Photosynthese nehmen Pflanzen über ihre Blätter Kohlenstoffdioxid und Wasser aus der Umgebung auf und produzieren mithilfe der Sonnenenergie daraus Sauerstoff und Glucose. Francesca Toma und ihr Team bilden diese Prozess nach. Synthetische Zellen übernehmen die Funktion der Blätter. Die Zellen wandeln die Lichtenergie der Sonne in chemische Energie um, wodurch Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. So könnte künftig klimaneutraler Wasserstoff produziert und als grüne Energiequelle genutzt werden.
Francesca Toma sucht mit ihrem Team nach den richtigen Materialien für diese Methode. Sie wollen eine Zelle entwickeln, die kostengünstig hergestellt werden kann und die Energie des Sonnenlichts optimal nutzt. Wichtig ist zum Beispiel die Struktur der Oberfläche, aber auch die inneren Widerstände in der Zelle. Mit ihrem Team entwickelt sie dafür Computermodellierungen weiter und konnte wichtige Erkenntnisse zu Materialien gewinnen, zum Beispiel zur Korrosion der verwendeten Materialien. Sie arbeitet außerdem an nachhaltigen Funktionsmaterialien für Anwendungen in der Biomedizin und Biotechnologie.
Francesca Toma möchte den Ansatz der Nachhaltigkeit auch stärker im Forschungsprozess verankern. Neu entwickelte Materialien sollten nicht nur dem Klimaschutz dienen, sondern auch nachhaltig hergestellt und bestmöglich recyclebar sein. Bisher werden viele Materialien noch so produziert, dass sie große Mengen des Treibhausgases Methan freisetzen. Das Ziel von Francesca Toma ist es, neue Materialien herzustellen, die die Treibhausgasemissionen reduzieren und zu einer nachhaltigen Zukunft beitragen.
- seit 2022: Leiterin, Institut für Funktionale Materialien für Nachhaltigkeit, Helmholtz-Zentrum Hereon in Teltow
- seit 2022: Helmholtz Distinguished Professorin (W3) am Helmholtz-Zentrum Hereon und der Helmut-Schmidt-Universität, Hamburg
- seit 2023: Visiting Professor, Chemical Science Division, Lawrence Berkeley National Lab
- 2022 - 2023: Detailee in the Catalysis Science Program of the Chemical Sciences, Geosciences and Biosciences Division, Office of Basic Energy Sciences, Office of Science of the Department of Energy
- 2013 - 2023: Lawrence Berkeley National Lab: Staff Scientist, Chemical Science Division, Joint Center for Artificial Photosynthesis, and Liquid Sunlight Alliance
- 2013: Postdoctoral Employee UC Berkeley
- 2011-2012: Marie-Curie Researcher, UCSB Department of Chemistry and Biochemistry, und Department of Materials
- 2009 - 2011: University of Trieste Postdoctoral Fellow, Department of Chemistry and Pharmaceutical Sciences
- 2006 - 2009: SISSA, Trieste, Ph.D in Statistical and Molecular Biophysics
- 2001 - 2006: University of Padova, M.S. student in Pharmaceutical Chemistry and Technology
Auszeichnungen (Auswahl)
- 2025: Selected finalist for the Mid-Career category of the 2025 Energy Lectureship from the Division of Energy & Fuels of the American Chemical Society
- 2022: Oppenheimer Fellow within the Oppenheimer Science and Energy Leadership Program (OSELP)
- 2021: Rising Star Award, assigned by American Chemical Society, Women in Chemistry Committee
- 2018: “Celebrating Excellence in Research: Women of Materials Science” from Royal Society of Chemistry
- 2016: “Alfredo di Braccio Award” to young scientists from the Italian Science Academy (Accademia dei Lincei)
Gremien und Mitarbeit (Auswahl)
- seit 2025: Mentor for ProFiL program, Berlin University Alliance
- seit 2025: Member of the Sunlight to X Implementation Team for the Mission Innovation Sunlight to X
- 2018 – Present: TechWomen Professional Mentor
- 2017—2019: Member and secretary of the User Executive Committee at the Advanced Light Source
- 2017—2019: Member of the Diversity, Equity, and Inclusion Committee at the Molecular Foundry
- 2016 – Present: U.S. Department of Energy (DOE) proposal review
- 2015 – Present: NSF Panelist
- 2015 – Present: The Molecular Foundry’s proposal review board
