Supramolekulare Nanomaterialien mit phosphoreszierenden Übergangsmetallclustern

• Antragstellerin: Professorin Dr. Sabine Laschat
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407256071

Gegenwärtig spielen Seltenerdmetallverbindungen in Leuchtdioden (LEDs) und Optoelektronik eine zentrale Rolle und gelten in der EU als strategische Mineralien für Anwendungen wie Elektromobilität und Energie-effiziente Beleuchtungssysteme. Da sich die wichtigsten Lagerstätten für Seltenerdmetalle auf wenige Länder außerhalb Europas konzentrieren, besteht ein hoher Bedarf an Seltenerdmetall-freien Lumineszenz-Materialien zur Sicherung einer unabhängigen Energieversorgung.Im interdisziplinären SNAPSTER Projekt werden daher alternative Materialien untersucht. Ziel ist die Entwicklung neuer phosphoreszierender Hybridnanomaterialien und deren Einbau in optoelektronische Bauteile. Metallcluster-Verbindungen des Typs An[(M6Qi8)Xa6] (A = Alkali, Q = Chalcogen/Halogen, X = Halogen, M = Mo, Re), die durch Hochtemperatur-synthese gewonnen wurden, sind äußerst attraktive Materialien für LEDs. Sie besitzen eine intensive Lumineszenz im Rot-NIR Bereich und sind sehr robust im Vergleich zu organischen Farbstoffen, die für photochemische, thermische oder oxidative Zersetzung anfällig sind. Aus diesen Clustern lassen sich durch Selbstassemblierung nanostrukturierte funktionelle Hybridmaterialien erzeugen, bei denen die Funktionalitäten durch die anorganischen Einheiten bestimmt werden, während die Strukturierung durch die organische Einheit kontrolliert wird. Hierfür sind columnare Flüssigkristalle äußerst interessant, da sie leicht prozessierbar und selbst-organisierend sind, Selbstheilung von strukturellen Defekten aufweisen sowie hohe Ladungsträgerbeweglichkeiten besitzen. Bei der Kombination solcher columnarer Flüssigkristalle mit Metallclustern besteht die Herausforderung darin, die Phasenseparation von organischer und anorganischer Einheit im Hybridmaterial zu verhindern. Ziel des SNAPSTER Projektes ist es daher, Metallcluster in columnare Flüssigkristalle zu integrieren, indem die Fähigkeit von Kronenethern zur Bindung von Alkalimetall-Kationen ausgenutzt wird, die als Gegenionen Bestandteil der Metallcluster sind. Die konvergente Synthese dieser Hybridmaterialien soll einen effizienten Zugang zu einer Bibliothek verwandter Materialien für Studien zu Struktur-Eigenschaftsbeziehungen liefern. Die vielversprechendsten Materialien sollen als Emitter-Schicht in LEDs integriert werden. An dem multidisziplinären Deutsch-Französischen Projekt SNAPSTER sind drei Arbeitsgruppen mit komplementärer Expertise in den Bereichen Festkörperchemie, Hybridmaterialien (P1), Organische Chemie, Flüssigkristalle (P2), Physik und Elektronik (P3) beteiligt. Die langjährige Kooperation von P1 und P3 mit gemeinsam betreuten Doktorarbeiten wurde jüngst durch P2 ergänzt und erste Ergebnisse publiziert. P1 und P2 haben für gemeinsame Vorarbeiten das DAAD PPP Procope-Projekt PLISE eingeworben. SNAPSTER will neben innovativer Forschung eine komplementäre Ausbildung der Nachwuchswissenschaftler (Masterstudenten, Doktoranden, Postdocs) durch Aufenthalte in den Partnerlaboren erreichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Emmanuel Jacques; Professor Dr. Yann Molard