P4: Erzeugung von isotropem und anisotropem Druck auf lumineszierende Übergangsmetallkomplexe durch Einkapselung in stimuli-responsive MOF-Matrizen

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Henke
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535200000

Das Projekt untersucht das Verhalten lumineszierender Übergangsmetallkomplexe (LTMCs) unter mechanischer Belastung, wenn sie in stimuli-responsive metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs) eingeschlossen sind. Ziel ist es, zu klären, wie sich isotroper (gleichmäßiger) und anisotroper (gerichteter) Druck auf photophysikalische Eigenschaften von LTMCs mit Cr(III)-, Cu(I)- und Pd(II)/Pt(II)-Zentren wie Emissionswellenlänge, Quanteneffizienz und Lebensdauer auswirkt. Da LTMCs empfindlich auf Umwelteinflüsse reagieren, verändern sie ihre Lumineszenz unter äußerem Druck – eine Eigenschaft, die zur Entwicklung druckempfindlicher, photonischer oder sensorischer Materialien beitragen könnte. Während isotrope Belastungen mithilfe von Diamantstempelzellen untersucht wurden, stellt anisotroper Druck, wie er bei Mahlen und Pressen auftritt, eine größere Herausforderung dar und ist im Labor schwer nachzubilden und zu analysieren. MOFs, bekannt für ihre anpassbaren Strukturen und mechanische Vielfalt, bieten eine ideale Plattform zur Untersuchung von LTMCs unter diesen Bedingungen. Diese porösen, kristallinen Materialien ermöglichen die Auswahl spezifischer Gerüsttypen, die unterschiedlich auf hydrostatischen Druck reagieren. Kubische MOFs komprimieren meist isotrop, während tetragonale oder orthorhombische MOFs häufig anisotrop deformiert werden. Durch das Einbetten von LTMCs in MOFs mit variierenden Symmetrien bietet dieses Projekt eine modulare Methode zur Untersuchung der photophysikalischen Eigenschaften von LTMCs unter mechanischem Druck. Die Einbettung in spezifische MOF-Matrizen erlaubt eine kontrollierte Anwendung anisotroper Belastung und erleichtert die Untersuchung ihrer Lumineszenzeigenschaften, die in reinen LTMCs schwer zugänglich sind. Ausgewählte LTMCs werden durch MOF-Kristallisation oder postsynthetische Einkapselung in MOFs mit abgestimmter Porengröße eingebettet. Anschließend werden die LTMC@MOF-Komposite mittels Hochdruck-Röntgenbeugung und Lumineszenzspektroskopie untersucht, um strukturelle Reaktionen auf Druck zu analysieren (Änderungen in Porengröße, Geometrie und Spannungsverteilung) und zu verstehen, wie der druckabhängige Porenraum die Lumineszenz der LTMCs beeinflusst. Dies umfasst die Beobachtung von Veränderungen in Emissionswellenlänge, Quanteneffizienz und Lebensdauer, mit einem Fokus auf chirale LTMCs, bei denen Dissymmetrie zusätzliche Einblicke in Belastungseffekte bietet. Die Kombination von Strukturdaten aus der Röntgenbeugung und Lumineszenzmessungen hilft, strukturelle Veränderungen der MOFs mit den photophysikalischen Eigenschaften der LTMCs zu korrelieren. Dieses erweiterte Verständnis darüber, wie mechanische Kräfte das Verhalten von eingekapselten LTMCs beeinflussen, unterstützt das Design fortschrittlicher Materialien mit Anwendungen in druckempfindlichen oder photonischen Technologien.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5781: Stimulus-responsive lumineszierende Koordinationsverbindungen - STIL-COCOs