Porphyrin-Graphennanostreifen (PGNR) Konjugate: Lösungssynthesen und Eigenschaften

• Antragsteller: Dr. Qiang Chen
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452509501

Graphennanostreifen (GNRs) haben in den letzten Jahren aufgrund ihrer hohen Ladungsträgermobilität und einstellbaren Bandlücke ein hohes Interesse geweckt, weil sie möglicherweise als Halbleiter auf Kohlenstoffbasis verwendet werden können. Die kontrollierbare Einführung von Strukturdefekten wie nicht hexagonalen Ringen und Heteroatomen ist eine nützliche Strategie, um ihre optoelektronischen Eigenschaften abzustimmen. Unter allen Bausteinen, Porphyrin ist ein idealer Kandidat, der diese beiden Faktoren enthält. Die Kombination von Porphyrin mit GNR verspricht ein „Supermaterial“, das von den Vorteilen der einzelnen Komponenten profitieren kann. Der Antragsteller verfügt über mehr als fünf Jahre Berufserfahrung in der Synthese von Nanographen und hat während seiner Promotion eine effiziente Methode zur Fusion von Graphenmolekülen mit Porphyrin entwickelt. In diesem Vorschlag wird der Antragsteller die bisherige Methode anwenden, um longitudinale verlängerte Porphyrin-kondensierte Graphen-Nanobänder (PGNRs) herzustellen und ihre optoelektronischen Eigenschaften mit Hilfe einer interdisziplinären Methodik zu erforschen. Insbesondere werden zwei neuartige strukturell komplexe PGNRs entworfen und synthetisiert: Eine besitzt Porphyrineinheiten, die in das Grundgerüst eines 9 Atom breiten GNR eingebettet sind. Die andere erhaltet Porphyrineinheiten, die an die Zickzack-Kanten des GNR vom Chevron-Typ fusioniert sind. In der vorligenden Arbeit werden drei Hauptfragen behandelt: 1) Wie werden PGNRs mit atomar präzisen Strukturen hergestellt? Die präzise Kontrolle über die chemischen Strukturen ist wichtig, weil die exakten Strukturen von GNRs eine entscheidende Rolle für ihre elektronischen Eigenschaften und Geräteleistungen spielen. Dazu wird eine lösungbasierte Synthese verwendet, die das rationale Design und die Synthese von Monomerbausteinen sowie das effiziente Polymerisationsverfahren umfasst. 2) Was sind die Eigenschaften von PGNRs und ihre Vorteile gegenüber GNR-Gegenstücken auf Kohlenstoffbasis? Zur Beantwortung dieser Frage werden wir sowohl normale 9-AGNRs / Chevron-GNRs als auch PGNRs synthetisieren. Ihre optoelektronischen und Ladungsmobilitätseigenschaften werden parallel verglichen und untersucht, die den tatsächlichen Effekt der Porphyrin-Dotierung widerspiegelt. 3) Wofür können diese neuen PGNRs verwendet werden? Diese beiden PGNRs sind hochkonjugiert und sollten eine geringe Energielücke und eine hohe Ladungsmobilität aufweisen. Daher wird sie für die Anwendungen von Einzelmolekül-Feldeffekttransistorvorrichtungen versucht. Andererseits könnte kann der Porphyrin-Kern mit magnetischen Ionen koordiniert werden. Dies macht solche Materialien vielversprechend für die Herstellung von Speichervorrichtungen und Spintronischen Vorrichtungen . Die Ergebnisse dieses Projekts werden nicht nur unser Verständnis der grundlegenden Eigenschaften von GNRs erweitern, sondern auch den Weg für ihre zukünftigen Anwendungen in molekularen Geräten ebnen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Harry Anderson, Ph.D.