Kontrolle und Quantifizierung der interchromophoren Kopplung in definierten formtreuen Oligomereinzelmolekülen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Grimme; Professor Dr. Sigurd Höger; Professor Dr. John Lupton; Privatdozent Dr. Jan Vogelsang
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319559986

Ziel dieses interdisziplinären Projektes ist es, wohldefinierte molekulare Modellsysteme zu synthetisieren, um gekoppelte angeregte Zustände zwischen pi-konjugierten Oligomeren über die Spektroskopie auszulesen und in Kombination mit quantenchemischen Rechnungen zu charakterisieren. Diese elektronisch gekoppelten angeregten Zustände spielen eine besonders wichtige Rolle bezüglich der opto-elektronischen Eigenschaften von Bauteilen bestehend aus konjugierten Polymeren, allerdings ist es schwierig, diese in solch ungeordneten Materialien zu kontrollieren und zu quantifizieren. Neuartige molekulare mesoskopische Materialien werden als Modellsysteme ausgenutzt um Designprinzipien zu entwickeln und Photolumineszenzobservablen, wie z.B. die PL Lebensdauer, PL Quantenausbeute und Emissionswellenlänge, korrekt zu interpretieren in Bezug auf unterschiedliche morphologische Eigenschaften, wie z.B. den Abstand, die Anzahl und Länge von pi-konjugierten Oligomeren. Unabhängig von der optischen Spektroskopie werden die Abstände der Oligomere mit Hilfe von STM- und NMR-Untersuchungen bestimmt. Intramolekularisierung von intermolekularen spektroskopischen Eigenschaften wird durch die neuartigen molekularen mesoskopischen Materialsysteme erreicht mit deren Hilfe die folgenden Eigenschaften kontrolliert werden können: (i) der intermolekulare Abstand von pi-konjugierten Oligomeren durch den Einsatz von speziell entworfenen molekularen Klammern, (ii) die Länge und (iii) die Anzahl der zum Einsatz kommenden pi-konjugierten Oligomere in einem Molekül. Da schon die kleinsten Abstandsänderungen zwischen den Oligomeren die spektroskopischen Eigenschaften beeinflussen werden, kommt Einzelmolekülfluoreszenzspektroskopie zum Einsatz, um die strukturelle Heterogenität der Modellsysteme aufzulösen. Die Photolumineszenz kann dann benutzt werden, um kleinste strukturelle Variationen innerhalb der Modellsysteme, d.h. Abstandsänderungen im sub-Angström Bereich, sichtbar zu machen. Dieser Prozess kann weder durch das konventionelle Bild der H-Aggregation noch durch die Bildung von Exzimeren vollständig korrekt beschrieben werden. Die experimentellen Ergebnisse müssen gerade deshalb mit quantenchemischen Rechnungen verglichen werden, um ein fundamentales Verständnis des Kopplungsmechanismus zu erlangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen