Schalten zwischen Fluoreszenz und Phosphoreszenz - Synthese und optische Eigenschaften von Metallacyclopentadienen

• Antragsteller: Professor Todd B. Marder, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 279197767

Die Entwicklung photoaktiver Übergangsmetallkomplexe ist von hoher Bedeutung, da solche Materialien in den vergangenen Jahren ein großes Potential für viele Anwendungen offenbart haben, z.B. im Bereich der biologischen Bildgebung, Nicht-lineare Optik, Photokatalyse, Solarzellen und OLEDs. Einige Organo-Übergangsmetall-Verbindungen werden mittlerweile in kommerziellen OLEDs für Mobiltelefone und Flachbildschirme verwendet. Obwohl große Fortschritte im Bereich der kommerziellen Display-Technologie erreicht wurden, gibt es viele Herausforderungen und es bedarf weiterer fundamentaler Studien bevor photoaktive Übergangsmetallverbindungen für andere Anwendungen zur Verfügung stehen. Ein Schlüsselpunkt liegt in der Bildung von angeregten Singulett- und Triplettzuständen und der Fähigkeit eines Systems, zwischen diesen beiden Spinzuständen zu wechseln. Dieser Prozess ist normalerweise verboten, kann aber in Gegenwart eines Metallatoms ermöglicht werden. Das Intersystem-Crossing zwischen den zwei verschiedenen Arten von Zuständen zu verstehen ist von zentraler Bedeutung, da sie sehr unterschiedliche Eigenschaften zeigen, z.B. Fluoreszenz aus dem Singulett und Phosphoreszenz und Singulett-Sauerstoff-Sensitisierung aus dem Triplett, und unterschiedliche Lebensdauern, die für Anwendungen mit Ladungsseparation oder -rekombination von Interesse sind. Wir haben kürzlich entdeckt dass Metallacyclopentadiene, eine Klasse von metallorganischen Verbindungen die ausgehend von Diin-Precursoren einfach und in exzellenten Ausbeuten zu synthetisieren sind, unerwartet effizient fluoreszieren statt zu phosphoreszieren. Zudem zeigen unsere Vorergebnisse, dass bei Veränderung der Liganden am Metallvorläufer simultan isomere Dibenzo-Metallacyclopentadiene gebildet werden, die mit die höchsten Phosphoreszenz-Quantenausbeuten für diese Verbindungsklasse aufweisen. Wir sehen viele potentielle Anwendungen unserer Verbindungen; hierzu bedarf es jedoch fundamentaler Studien, um die sehr ungewöhnlichen optischen Eigenschaften zu verstehen und kontrolliert zu modulieren. Die überraschende und sehr spannende Bildung zweier Isomere mit gänzlich unterschiedlichen optischen Eigenschaften, eines fluoreszierend und das andere phosphoreszierend mit um 5 Größenordnungen verschiedenen Lebensdauern, werden wir systematisch untersuchen, um den Reaktionspfad vollständig kontrollieren und einen allgemeinen Zugang zu Dibenzo-Metallacyclopentadienen zu ermöglichen. Zudem könnten wir bei Veränderung der Reaktionsbedingungen auch gänzlich neue Produktklassen entdecken, die durch neuartige Diin-Kupplungsprozesse entstehen. Wir werden viele Vertreter der o.g. zwei Verbindungsklassen darstellen und ihre optischen Eigenschaften detailliert untersuchen, um in Verbindung mit theoretischen Studien Einblick in die Natur der angeregten Zustände zu erhalten. Dies wird Veränderungen ihrer Eigenschaften in kontrollierter Weise ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen