LumiPhos – Lumineszenz funktionalisierter Phosphanoxide in strukturell fixierter Umgebung: Mechanismen, zielgerichtete Synthese und Anwendungspotential

• Antragsteller: Professor Dr. Konstantin Karaghiosoff; Professor Dr. Roland Mitric; Dr. Armin Wedel
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470576387

Die Entwicklung lumineszenter Materialien für optoelektronische Anwendungen, wie Farbkonverter und Leuchtdioden für die Bildschirmtechnik, ist in einer zunehmend digitalisierten Welt von zentralem Forschungsinteresse. Häufig erfolgt dies auf empirischem Wege durch Versuch und Irrtum ohne detaillierte Aufklärung der molekularen Ursachen der Lumineszenz. Für ein effizientes und zielgerichtetes Vorgehen ist letzteres jedoch von großem Vorteil.Ziel dieses Projektes ist es daher, durch ein enges Zusammenwirken synthetischer, theoretischer und anwendungsbezogener Forschungsexpertise eine planvolle Entwicklung und Optimierung von Lumineszenzfarbstoffen zu erreichen. Im Fokus steht dabei die Molekülklasse der funktionalisierten, strukturell flexiblen Phosphanoxide und deren Metallkomplexe, die sich in Voruntersuchungen als vielversprechende Kandidaten für organische Leuchtstoffe erwiesen haben. Der entscheidende Vorteil dieser Verbindungen ist, neben einer kostengünstigen und gut skalierbaren Synthese und der vergleichsweise hohen Stabilität, eine nahezu unbegrenzte Modifizierbarkeit. Dies erlaubt eine präzise Einstellung der gewünschten Eigenschaften durch Variation der Substituenten am Phosphoratom. Vom synthetischen Standpunkt ist zudem die damit verbundene Möglichkeit von Interesse, allgemeine Syntheseprotokolle zur Phosphor-Kohlenstoff-Kupplung weiterzuentwickeln und zu optimieren.Für eine zielgerichtete Entwicklung von Leuchtstoffen ist ein tiefes Verständnis der Struktur-Lumineszenz-Beziehungen essenziell. Hierzu sind theoretische Untersuchungen unabdingbar. Neben der Aufklärung der Photolumineszenzmechanismen und ihrer Beeinflussung durch Wahl der Substituenten und Zentralmetalle soll im Rahmen des Projekts auch eine neuartige Methodologie zur Simulation der Elektrolumineszenz entwickelt werden. Insbesondere sollen die theoretischen Untersuchungen aufklären, in welcher Form eine strukturelle Fixierung der Moleküle notwendig ist, um eine Lumineszenz hervorzurufen. Mit den so gewonnenen Erkenntnissen sollen geeignete Leuchtstoffkandidaten für die Synthese vorgeschlagen werden.Zur eingehenden Charakterisierung sollen die erhaltenen Verbindungen neben einer umfassenden Analyse als Reinstoffe auch als Emitter-Materialien in optoelektronischen Bauelementen untersucht werden. Hierzu sollen geeignete Kandidaten in druckbare Tinten formuliert und maßgeschneiderte OLED- bzw. Farbkonverter-Bauelemente entwickelt werden. Durch die umfassende Kombination von Materialsynthese, Modellierung und Anwendung sind in dem beantragten Projekt neue Erkenntnisse zu erwarten, die das grundsätzliche Verständnis von Emissionsmechanismen erweitern und Möglichkeiten für das zielgerichtete Design neuartiger Materialien aufzeigen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen