Immobilisierung redox-getriebener Spinzustandsschalter

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Vera Krewald; Professor Dr. Biprajit Sarkar; Professor Dr. Joris van Slageren
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560717977

Die Entwicklung und Kontrolle von Spinzustandsschaltern auf molekularer Ebene ist eine grundlegende Herausforderung, die für Wachstumsfelder wie die molekulare Spintronik von unmittelbarer Bedeutung ist. Zentrale Fragestellungen betreffen sowohl die Entwicklung geeigneter molekularer Komplexe mit zuverlässigen Schalt- und Auslesemöglichkeiten als auch deren Immobilisierung auf Oberflächen als ersten Schritt zur Anwendung. Um die Elektronenstrukturen in den verschiedenen Schalterpositionen sowie die Schalt- und Ausleseprozesse zu verstehen, werden detaillierte spektroskopische und theoretische Untersuchungen benötigt. Dieses Projekt konzentriert sich auf Redox-Schalter mit optischer Auslesung, konkret auf die Entwicklung homo- und hetero-dinuklearer Eisen- und Kobaltkomplexe mit redoxaktiven Imino-Chinonoid-Brücken, sowie deren Immobilisierung. Bei der Redoxschaltung entsteht eine stark antiferromagnetische Kopplung zwischen den ungepaarten Elektronen der Metallionen und der Brücke. Darüber hinaus wird erwartet, dass diese Komplexe Spin-Crossover, Elektronentransfer-induzierte Spinzustandswechsel und mit Spinzustandsänderungen gekoppelte Gemischtvalenz aufweisen. Das optische Auslesen wird durch den Einbau von Pyrengruppen an der Brücke in Verbindung mit Messungen des magnetischen Zirkulardichroismus ermöglicht. Für die Oberflächenimmobilisierung wird Klick-Chemie mit durch geeignete Ankergruppen modifizierten Komplexen eingesetzt. Alle Systeme werden durch Spektroskopie (UV-vis, NIR, IR, rR, EPR, MCD, Mössbauer), Elektrochemie und Spektroelektrochemie eingehend charakterisiert. Die Elektronenstrukturen werden zudem quantenchemisch charakterisiert. Dazu gehört eine quantitative Analyse mit der Marcus-Hush-Theorie durch einen ab initio-Ansatz, der auf Drei-Zentren-Systeme erweitert werden soll. Kooperationen mit Synthese-, Spektroskopie- und Theoriegruppen zur weiteren Charakterisierung der Systeme sind geplant. Wir erwarten, dass unser Projekt grundlegende Erkenntnisse und erste Schritte in Richtung Anwendungen für den Einsatz von Redoxschritten als einfachen und milden Schaltern für große Spinzustandsänderungen in oberflächenimmobilisierten molekularen Komplexen mit optischer Ausleseoption liefern wird.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2491: Interaktives Schalten von Spinzuständen