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Projekt
Kontrolle von Konformationseffekten in mehrlagigen Kagome MOF-Filmen und deren Einsatz in elektronischen Anwendungen
Antragsteller
Dr. Renhao Dong, Ph.D.; Professor Dr. R. Thomas Weitz
Fachliche Zuordnung
Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
Förderung
Förderung seit 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434439119
Geschichtete, metallorganische Gerüstverbindungen (engl. metal-organic frameworks, MOFs) zeichnen sich durch starke Konjugation in der Ebene und schwache van-der-Waals Bindungen senkrecht zur Schichtebene aus und sind dadurch als vielversprechende Materialklasse zur Realisierung leifähiger Filme bekannt. Sie könnten zudem auch in komplizierteren Anwendungen wie Transistoren Einsatz finden oder gar supraleitende Eigenschafen aufweisen. Bis heute jedoch ist von diesen vielversprechenden Eigenschaften noch wenig in die Praxis umgesetzt worden. Eines der Hauptprobleme dabei ist, geschichtete konjugierte MOFs zu synthetisieren, bei denen die Struktur und Morphologie auf atomarer- oder molekularer Ebene deterministisch eingestellt werden kann um so elektronische Eigenschaften zu kontrollieren. Solch komplexe Herausforderungen können nur in Programmen wie dem SPP COORNETs gemeistert werden in dem – wie in diesem Antrag – Kompetenzen der synthetischen Chemie und der Festkörperphysik zusammengeführt werden.Ein ehrgeiziges Ziel des vorliegenden Antrags ist die Entwicklung konjugierter, Wasserstoff-freier Kagome MOFs bei denen die Funktionalität sowie die Ausrichtung der einzelnen Lagen durch die chemische Synthese kontrolliert werden. Zum Beispiel sollen dazu die Liganden und Schichtabfolgen systematisch variiert, sowie Porengrößen und Abstände zwischen Metallzentren kontrolliert werden. So soll z.B. die Spin- und Ladungsträgerverteilung innerhalb der Filme eingestellt werden. Um die Verdrehung und Stapelreihenfolgen der einzelnen Lagen innerhalb eines MOF-Filmes zu kontrollieren, werden wir verschiedene Synthesewege entwickeln und z.B. mit Langmuir- Blodgett- basierter Synthesewege sowie der „soft-template“ Grenzflächensynthese arbeiten.Das zweite ambitionierte Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist die systematische Untersuchung der elektronischen Eigenschaften der neuen MOFs mit Hilfe von elektrischen Ladungstransportmessungen. Dazu planen wir die MOFs durch hochauflösenden Strukturierungsmethoden auf der Nanoskala mit leitfähigen Metallkontakten zu versehen. Nachdem in einer ersten Projektphase geeignete Kontaktierungsmethoden entwickelt, und aufgrund der Transportmessungen die vielversprechendsten MOFs herausgefiltert worden sind, sollen in der zweiten Projektphase jene selektierten MOFs auf Eignung als Dünnfilmtransistoren, auf Einsatzmöglichkeit als Spintronische Bauteile, als Supraleiter, als Memristoren oder als Gassensoren getestet werden. Weiterhin werden die MOFs auch kontaktlos durch Rasternahfeldmikroskopie im THz-Bereich untersucht, um die lokale Leitfähigkeit zu ergründen. Die wichtigste Erkenntnis des gemeinschaftlichen Projektes wird die Entwicklung verlässlicher Synthesepfade für elektronisch aktive Kagome-MOFs sowie die Herausarbeitung verlässlicher Zusammenhänge zwischen der Struktur der MOFs sowie deren verlässlich charakterisierte elektronischen Eigenschaften sein.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
