Neue funktionelle Organobor-Materialien für Optoelektronik und Energiekonversion

• Antragsteller: Professor Dr. Todd B. Marder, Ph.D.; Professor Dr. Matthias Wagner
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390469254

Anspruchsvoll konstruierte Arylborane stellen Schlüsselbausteine für neuartige organische optoelektronische Materialien dar. Die potentiellen Anwendungen reichen von organischen Licht-emittierenden Dioden (OLEDs) für Flachbildschirme und Belichtungen bis zur organischen Photovoltaik (OPVs) für solare Energiekonversion, Feldeffekt-Transistoren (OFETs) und Elektrodenmaterialien in Lithiumbatterien. In diesem Antrag kombinieren wir die Expertise von 4 international führenden Forschungsgruppen (2 aus Deutschland und 2 aus China), von denen 3 Gruppen auf das Design und die Synthese von neuartigen Bor-haltigen Materialien und eine weitere Gruppe auf die Fabrikation von organischen Devices spezialisiert sind, um ein ambitioniertes Kollaborations-Projekt zum Design und Synthese neuer Bor-basierter Materialien sowie deren Anwendung in optoelektronischen Devices zu starten.Wir beabsichtigen neue und unkonventionelle synthetische Methoden zur Gestaltung vieler Klassen neuartiger Bor-dotierter polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAH), antiaromatischer Borole, aromatischer Borepine, und verschiedene Arten Bor-Heteroatom-haltiger konjugierter Systeme zu entwickeln, sowie deren Anwendungen in organischen elektronischen Elementen wie OLEDs, OPVs und Polymer-Solarzellen (all-PSCs) zu untersuchen. Die zu adressierenden zentralen wissenschaftlichen Herausforderungen sind: (a) einfache und effiziente Synthesemethoden zu entwickeln, insbesondere modulare Syntheseansätze, die auf eine breite Verbindungsbibliothek angewendet werden können; (b) chemische Stabilität zu gewährleisten; (c) die Schlüsselfaktoren, welche die elektronischen und photophysikalischen Eigenschaften von B-PAHs und B,X-PAHs bestimmen, zu verstehen und zu kontrollieren; (d) den Umfang und die Limitierungen der Anwendung entsprechender Materialien in optoelektronischen Elementen zu etablieren. Auf der Basis unserer jüngsten Erkenntnis, dass bestimmte Perfluoralkyl-substituierte Arylgruppen am Bor eine dramatische Erhöhung der Stabilität der Verbindungen als auch ihrer Elektronenakzeptor-Eigenschaften bewirken, schlagen wir Synthesestrategien zur Darstellung einer Reihe von Perfluoralkyl-substituierten Arylen vor, die an Borzentren in Borolen und Borepinen angebracht werden und auch für andere Bor-basierte Materialien genutzt werden können, um den Herausforderungen (a) und (b) zu begegnen. Verschiedene Arten neuer Bor- (B) und Bor-Heteroatom-(B,X)-dotierter polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoffe werden mit anspruchsvollen Syntheseansätzen dargestellt und hinsichtlich ihrer Eigenschaften untersucht. Neue Hybridmaterialien mit B,N-Chelateinheiten werden ebenso synthetisiert für Anwendungen in Solarzellen. Im Rahmen dieses Projektes werde die neuen Verbindungen in organische elektronische Elemente (OLEDs, OPVs, all-PSCs, OFETs) inkorporiert und ihre Effizienz evaluiert. Die Zielsetzungen wurden in 8 Arbeitseinheiten unterteilt, die gleichmäßig über die 4 PIs verteilt sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Jun Liu; Professorin Dr. Suning Wang (†)