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

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das multidisziplinäre SNAPSTER-Projekt entwickelte neue phosphoreszierende Hybrid- Nanomaterialien und integrierte sie in optoelektronische Bauteile. Zu diesem Zweck wurden Metallcluster An[Mo6Qi8Xa6] (A = Alkali, Q = Chalkogen/Halogen, X = Halogen) durch Hochtemperatur-Festkörpersynthese hergestellt. Mesogene Kronenether mit unterschiedlichen Größen, Heteroatomen, Substitutionsmustern und Seitenkettenlängen wurden synthetisiert und charakterisiert. An[Mo6Qi8Xa6] und Kronen wurden über supramolekulare Prozesse zu Clustomesogenen/Hybridmaterialien kombiniert, die kolumnare Mesophasen zeigten. Die starke Bindung zwischen Alkali-Kationen und Kronen sorgte für eine Verankerung der Cluster-Anionen in ineinandergreifenden hydrophoben Alkylketten. Diese isolierende organische Matrix hat eine vorteilhafte Wirkung auf die Rot-NIR-Lumineszenz und führt zu helleren Emissionen, längeren Lebenszeiten und thermischer Emissionsstabilität. Außerdem wurde die Mesophasenbreite gesteigert. Zusätzlich wurden ionisch-flüssigkristalline (ILC) Clustomesogene durch ionische Selbstassemblierung (ISA) aus keilförmigen Guanidiniumsalzen und An[Mo6Qi8Xa6] hergestellt. Die ISA führte zu einer Veränderung im flüssigkristallinen Verhalten von kolumnar für Guanidinium-ILCs zu lamellar für die Clustomesogen-ILCs. Die Untersuchung des ionischen und elektronischen Transports von Kronen und Kronen- Salz-Verbindungen zeigte, dass eine Koordinierung der Alkali-Kationen in den Kronen die intrakolumnare Ordnung erhöhte und zu einer verbesserten Lochbeweglichkeit führte. Die ionische Leitfähigkeit wird durch die nicht-koordinierenden Anionen dominiert, die entlang der anisotropen, flüssigkeitsähnliche Seitenketten wandern. Die Ladungstransporteigenschaften von Kronen mit zwei o-Terphenyl-Einheiten und Kronen-Salzkomplexen wurden untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass Metallclusterverbindungen die Ladungsträgermobilität um fünf Größenordnungen erhöht, im Vergleich zum reinen diskotischen organischen Liganden. SNAPSTER ist ein multidisziplinäres Deutsch-Französisches Projekt, das drei Forschungsteams mit komplementären Expertisen auf den Gebieten Festkörperchemie und Hybridmaterialien (Molard), organische Synthese und LC (Laschat), Physik und Elektronik (Jacques) umfasst. Mehrere gemeinsame Paper wurden durch SNAPSTER veröffentlicht und ein Folgeprojekt wurde im bilateralen DAAD/PHC-Procope-Programm bewilligt, um die erfolgreiche Forschung fortzuführen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Lord of The Crowns: A New Precious in the Kingdom of Clustomesogens. Angewandte Chemie International Edition, 57(36), 11692-11696.
  Guy, Kevin; Ehni, Philipp; Paofai, Serge; Forschner, Robert; Roiland, Claire; Amela‐Cortes, Maria; Cordier, Stéphane; Laschat, Sabine & Molard, Yann
  
• Luminescent liquid crystalline hybrid materials by embedding octahedral molybdenum cluster anions with soft organic shells derived from tribenzo[18]crown-6. Dalton Transactions, 47(40), 14340-14351.
  Ehni, Philipp; Guy, Kevin; Ebert, Max; Beardsworth, Stuart; Bader, Korinna; Forschner, Robert; Bühlmeyer, Andrea; Dumait, Noée; Roiland, Claire; Molard, Yann & Laschat, Sabine
  
• Flavylium Salts: A Blooming Core for Bioinspired Ionic Liquid Crystals. Chemistry – A European Journal, 25(56), 12966-12980.
  Forschner, Robert; Knelles, Jakob; Bader, Korinna; Müller, Carsten; Frey, Wolfgang; Köhn, Andreas; Molard, Yann; Giesselmann, Frank & Laschat, Sabine
  
• Improved Electronic Transport in Ion Complexes of Crown Ether Based Columnar Liquid Crystals. Crystals, 9(2), 74.
  Staffeld, Peter; Kaller, Martin; Ehni, Philipp; Ebert, Max; Laschat, Sabine & Giesselmann, Frank
  
• Novel Luminescent Diazafluorenone Liquid Crystals. Crystal Growth & Design, 19(8), 4436-4452.
  Bader, Korinna; Baro, Angelika; Ehni, Philipp; Frey, Wolfgang; Gündemir, Rafet; Laschat, Sabine & Molard, Yann
  
• Self‐Assembly and Fluorescence of Tetracationic Liquid Crystalline Tetraphenylethene. ChemPhysChem, 20(17), 2210-2216.
  Knelles, Jakob; Beardsworth, Stuart; Bader, Korinna; Bruckner, Johanna R.; Bühlmeyer, Andrea; Forschner, Robert; Schweizer, Kevin; Frey, Wolfgang; Giesselmann, Frank; Molard, Yann & Laschat, Sabine
  
• Electrical Conductivity and Multiple Glassy Dynamics of Crown Ether-Based Columnar Liquid Crystals. The Journal of Physical Chemistry B, 124(39), 8728-8739.
  Yildirim, Arda; Kolmangadi, Mohamed A.; Bühlmeyer, Andrea; Huber, Patrick; Laschat, Sabine & Schönhals, Andreas
  
• Fluorenone imidazolium salts as novel de Vries materials. RSC Advances, 10(40), 23999-24016.
  Bader, Korinna; Müller, Carsten; Molard, Yann; Baro, Angelika; Ehni, Philipp; Knelles, Jakob & Laschat, Sabine
  
• Joint Venture of Metal Cluster and Amphiphilic Cationic Minidendron Resulting in Near Infrared Emissive Lamellar Ionic Liquid Crystals. Chemistry – A European Journal, 28(3).
  Ebert, Max; Carrasco, Irene; Dumait, Noée; Frey, Wolfgang; Baro, Angelika; Zens, Anna; Lehmann, Matthias; Taupier, Gregory; Cordier, Stephane; Jacques, Emmanuel; Molard, Yann & Laschat, Sabine
  
• Chasing Self‐Assembly of Thioether‐Substituted Flavylium Salts in Solution and Bulk State. ChemPhysChem, 23(13).
  Knöller, Julius A.; Forschner, Robert; Frey, Wolfgang; Lang, Johannes; Baro, Angelika; Zens, Anna; Molard, Yann; Giesselmann, Frank; Claasen, Birgit & Laschat, Sabine
  
• Merging liquid crystalline self-assembly and linear optical properties of merocyanines via tailored donor units. Physical Chemistry Chemical Physics, 24(36), 21617-21630.
  Ehni, Philipp; Bauch, Soeren M.; Becker, Patrick M.; Frey, Wolfgang; Zens, Anna; Kästner, Johannes; Molard, Yann & Laschat, Sabine
  
• Luminescent liquid crystals: from supramolecular plant dyes to emissive flavylium salts. Liquid Crystals, 50(7-10), 1310-1323.
  Forschner, Robert; Knöller, Julius Agamemnon; Zens, Anna; Frey, Wolfgang; Molard, Yann & Laschat, Sabine