Entwicklung ultraschneller breitbandiger UV-Vis-Circulardichroismus-Spektroskopie zur Untersuchung der photoinduzierten Dynamik chiraler molekularer Systeme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Projekts wurde das Signal-zu-Rausch-Verhältnis des in der ersten Förderperiode etablierten Aufbaus für die ultraschnelle transiente Zirkulardichroismus-Spektroskopie (TrCD) im UV-Vis-Bereich um den Faktor 10 verbessert. Dieses wurde durch die Implementierung eines neuen Pockelszellen-Aufbaus auf Basis eines kürzeren deuterierten KDP-Kristalls erreicht, der die Dispersion der 400-nm-Superkontinuum-Seed-Pulse erheblich minimierte und folglich zu stabileren zirkular polarisierten breitbandigen TrCD-Superkontinuum-Probepulsen mit geringen Schuss-zu-Schuss-Intensitätsschwankungen, einer viel höheren spektralen Breite sowie einer besseren Zeitauflösung von etwa 100 fs führte. Mit diesem erheblich verbesserten Aufbau wurde ein umfassendes Verständnis der ultraschnellen TrCD-Dynamik für cholesterische Polyfluoren-Copolymer-Anordnungen erreicht, die entweder große intrinsische Chiralität oder eine sehr hohe chirale Induktion aufweisen. Chirale Helicen-artige Additive auf Basis des Dibenzo-[c,h]acridin-Motivs mit verschiedenen Substituenten waren besonders wirksam bei der Erzeugung eines starken CD-Signals von bis zu 10000 mdeg in achiralen Polymeren wie F8BT. Es wurde herausgefunden, dass das TrCD-Signal dieser Copolymerfilme von der supramolekularen Antwort des Systems erzeugt wurde und dass dieses TrCD-Signal die Wiederbesetzung des elektronischen Grundzustands detektierte. Dieses ermöglichte eine Quantifizierung von Singulett-Singulett-Annihilations- und Ladungspaarbildungsprozessen auf Grundlage einer detaillierten globalen kinetischen Analyse. Der supramolekulare Ursprung der starken chiroptischen Antwort dieser Copolymere wurde zusätzlich durch die charakteristische Abhängigkeit des CD-Signals von der Filmdicke unterstützt. Ein neu entwickelter Aufbau für die CD- und zirkular polarisierte Lumineszenz (CPL)-Mikroskopie lieferte detaillierte Informationen über die chiralen Anordnungen in den dünnen Filmen mit beugungsbegrenzter Auflösung. Darüber hinaus gaben Messungen mit einem neu entwickelten Aufbau für die transiente CPL-Spektroskopie mit einer Zeitauflösung von 28 ps Hinweise auf einen statischen Mechanismus der CPL-Emission, bei dem ursprünglich linear polarisiertes Licht der Chromophore beim Durchlaufen der zirkular doppelbrechenden cholesterischen Polymerschichten in links- oder rechtszirkular polarisiertes Licht umgewandelt wurde.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Ultrafast excited-state dynamics of thin films consisting of helicene-like molecules based on dibenzo[c,h]acridine. Molecular Physics, 119(17-18).
Morgenroth, Marius; Scholz, Mirko; Guy, Laure; Oum, Kawon & Lenzer, Thomas
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Hot paper: Mapping chirality in time and space, Bunsen-Magazin, 2, 37 (2022). Invited research news
T. Lenzer & K. Oum
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Mapping the broadband circular dichroism of copolymer films with supramolecular chirality in time and space. Nature Communications, 13(1).
Morgenroth, Marius; Scholz, Mirko; Cho, Min Ju; Choi, Dong Hoon; Oum, Kawon & Lenzer, Thomas
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Neue Einblicke mit spezieller Laser-Messapparatur (New insights using special laser-based measurement equipment), Forschungsnews Universität Siegen, 19.01.2022 (also featured online on “Chemie.de”, “Analytica-World.com”, “Innovations Report“, etc.)
T. Lenzer & K. Oum
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Räumliche und zeitliche Kartierung effizienter chiraler Induktion durch helikale Additive in dünnen Copolymerfilmen. Angewandte Chemie, 134(31).
Morgenroth, Marius; Scholz, Mirko; Guy, Laure; Oum, Kawon & Lenzer, Thomas
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Annealing temperature-dependent induced supramolecular chiroptical response of copolymer thin films studied by pump-modulated transient circular dichroism spectroscopy. Scientific Reports, 14(1).
Gust, Domenic; Scholz, Mirko; Schumacher, Vivien; Mulatier, Jean-Christophe; Pitrat, Delphine; Guy, Laure; Oum, Kawon & Lenzer, Thomas
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Electronic Chiroptical Properties of Supramolecular Polymer Assemblies, Bunsen-Magazin, 5, 134 (2024). Summary of Bunsentagung keynote speech
T. Lenzer & K. Oum
