Anwendung der Photoredoxkatalyse in der räumlichen kontrollierten Synthese von leitfähiger Polymere

• Antragstellerin: Professorin Dr. Olga Garcia Mancheno
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544807608

Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung neuer photoredox-vermittelter Polymerisationsansätze für den Zugang zu leitfähigen Polymeren. Leitfähige Polymere weisen vielfältige elektrische Eigenschaften auf, die von Halbleiterverhalten bis zu hohen Leitfähigkeiten reichen, die fast so hoch sind wie bei Metallen. Diese Eigenschaften machen sie zu perfekten Materialien für transportable oder tragbare elektronische Geräte. Trotz des großen Bedarfes für solche Geräte ist die Anwendung von leitfähigen Polymeren durch deren schwierige Verarbeitung begrenzt. Aus diesem Grund ist die Entwicklung neuer Synthesemethoden, die eine räumliche Kontrolle über ihre Struktur ermöglichen, sehr gefragt. Die Anwendung von Licht zur Initiierung der Polymerisation wird ihre Abscheidung in Form von Mustern zur Herstellung organischer elektronischer Schaltkreise ermöglichen. Darüber hinaus würde es die Möglichkeit eröffnen, leitfähige Polymerstrukturen in 3D zu drucken. Es gibt jedoch nur wenige Berichte über die Photopolymerisation von leitfähigen Polymeren. Darüber hinaus leiden diese Ansätze unter zahlreichen Nachteilen, darunter die Verwendung von schädlichem UV-Licht oder hohen Mengen an Photosensibilisatoren, welche die erhaltenen Polymere kontaminieren können. Unsere vorgeschlagene Strategie zur Lösung einiger der aktuellen Probleme beruht auf den hervorragenden Oxidationseigenschaften von Photoredox-Katalysatoren die mit sichtbarem Licht angeregt werden können, wie beispielsweise Acridiniumsalze. Der angeregte Katalysator ist dann in der Lage, Monomere wie Pyrrol-, Thiophen- und Carbazolderivate in die entsprechenden Kationenradikale zu oxidieren, welche dann eine Polykondensation eingehen. Wir gehen davon aus, dass wir mit diesem Ansatz eine zusätzliche räumliche Kontrolle über den Polymerisationsprozess und die Struktur der erhaltenen Polymere erlangen können. Das heißt, wenn der Photokatalysator durch Elektrooxidation regeneriert würde, würde der Polymerisationsprozess in unmittelbarer Nähe der Elektrodenoberfläche stattfinden, was zu einer Abscheidung sehr dünner Polymerfilme führen würde. Das Anwenden zusätzlicher Masken würde dazu führen, dass nur ausgewählte Teile der Elektrodenoberfläche beleuchtet werden und somit die Abscheidung von Polymerfilmen in Form von Mustern möglich ist. Darüber hinaus sollte die Immobilisierung von Photokatalysatoren auf der Oberfläche von Nanopartikeln (NPs) zur Abscheidung von leitfähigen Polymeren in Form von dünnen Schalen auf diesen NPs führen. Die Leitfähigkeit, die optischen Eigenschaften und die möglichen Anwendungen der erhaltenen Polymere in der selektiven Sensorik werden untersucht. Insbesondere werden wir die Polymere mit (R)-β-Hydroxybuttersäure und Glipizid prägen und die erhaltenen Molekular geprägten Polymeren (MIPs) zur selektiven Erfassung dieser Verbindungen anwenden. Dabei wird die milde Natur der Photokatalyse eine breitere Molekülkompatibilität und Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Dr. Maciej Cieplak