Dipolar molekulare Rotoren in SURMOFs
| Konsortium: | Prof. Dr. Rainer Herges, Kiel Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Otto-Diels-Institut für Organische Chemie |
| Dr. Ian Howard, Karlsruhe Karlsruher Institut für Technologie Institute for Microstructure Technology | |
| Dr. Xianghui Zhang, Bielefeld Universität Bielefeld Physics of Supramolecular Systems and Surfaces | |
| Projekt: | Dipolar molecular rotors in SURMOFs |
| Zusammenfassung: | Als Molekulare Rotoren werden Moleküle bezeichnet, die aus einem Stator und einem Rotor bestehen, welche relativ zueinander um eine gemeinsame Achse rotieren. Es wurden diverse Verfahren entwickelt, um Molekulare Rotoren auf Oberflächen zu verankern oder sie so in Kristallgitter einzubauen, dass noch ausreichend Raum für freie Drehung vorhanden ist. Sofern der Rotor ein Dipolmoment besitzt sollte es möglich sein, ihn in einem äußeren elektrischen Feld auszurichten. Wenn die Wechselwirkung zwischen den Dipolen genügend stark ist (z.B. wenn der Abstand der Dipole untereinander ausreichend klein und kontrolliert ist), ist eine spontane Ordnung zu erwarten. Bisher wurden beide Phänomene noch nicht beobachtet, mit der Ausnahme von einzelnen Molekularen Rotoren auf Metalloberflächen, die mithilfe des starken elektrischen Felds einer STM-Spitze ausgerichtet wurden. Wir schlagen vor SURMOFs als molekulare Gerüste zu verwenden. Die modulare Architektur ermöglicht es die Dipole anzuordnen und ihren intermolekularen Abstand auf jenen Skalen zu kontrollieren, welche notwendig sind, um Dipol-Dipol-Wechselwirkung und spontane Ordnung zu beobachten. Die Abstandshalter im SURMOF dienen sowohl als Bausteine als auch als Rotationsachsen. Daher können die Dipole sehr dicht gepackt werden und damit ausreichend starke intermolekulare Wechselwirkungen erreicht werden, um kollektives Verhalten oder sogar Bi- oder Multistabilität mit verschiedenen Ordnungsmustern hervorzurufen. Zudem bieten SURMOFs die Möglichkeit den Abstand der Rotoren zu kontrollieren und die relative Energie verschiedener Kollektivzustände zu kontrollieren um eine gewünschte makroskopische Funktion zu erreichen. In diesem Projekt werden wir dipolare Rotorliganden synthetisieren, aus den dipolaren Rotoren SURMOFS herstellen und deren physikalischen Eigenschaften untersuchen. Wir streben an das dipolare Rotorsystem durch elektrische Felder zu steuern, und dadurch eine schnelle Modulation der optischen Eigenschaften zu ermöglichen. |
| Publikationen: | F. L. Otte, S. Lemke, C. Schuett, N. R. Krekiehn, U. Jung, O. M. Magnussen, R. Herges "Ordered monolayers of free- standing porphyrins on gold, attachment of chromophores to metal" J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 11248-11251 DOI: 10.1021/ja505563e |
| A. Modrow, D. Zargarani, R. Herges, N. Stock "The first porous MOF with photoswitchable linker molecules" Dalton Trans. 2011, 40, 4217-4222 DOI: 10.1039/C0DT01629B | |
| P. Penner, X. H. Zhang, E. Marschewski, F. Behler, P. Angelova, A. Beyer, J. Christoffers, A. Gölzhäuser "Charge Transport through Carbon Nanomembranes" Journal of Physical Chemistry C 2014, 118, 21687-21694 DOI: 10.1021/jp506689n | |
| X. H. Zhang, C. Neumann, P. Angelova, A. Beyer, A. Gölzhäuser "Tailoring the Mechanics of Ultrathin Carbon Nanomembranes by Molecular Design" Langmuir 2014, 30, 8221–8227 DOI: 10.1021/la501961d | |
| J. Liu, W. Zhou, J. Liu, I. A. Howard, G. Kilibarda, S. Schlabach, D. Coupry, M. Addicoat, S. Yoneda, Y. Tsutsui, T. Sakurai, S. Seki, Z. Wang, P. Lindemann, E. Redel, T. Heine, C. Wöll "Photoinduced Charge-Carrier Generation in Epitaxial MOF Thin Films: High Efficiency as a Result of an Indirect Electronic Band Gap?" Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 7441–7445 DOI: 10.1002/anie.201501862 | |
| M. Meister, B. Baumeier, N. Pschirer, R. Sens, I. Bruder, F. Laquai, D. Andrienko, I. A. Howard "Observing Charge Dynamics in Surface Reactions by Time-Resolved Stark Effects" J. Phys. Chem. C 2013, 117, 9171-9177 DOI: 10.1021/jp403268c | |
| X. Zhang, E. Marschewski, P. Penner, Th. Weimann, P. Hinze, A. Beyer, A. Gölzhäuser "Large-Area All-Carbon Nanocapacitors from Graphene and Carbon Nanomembranes" ACS Nano 2018, 12, 10301–10309 DOI: 10.1021/acsnano.8b05490 | |
| X. Zhang, M. Mainka, F. Paneff, H. Hachmeister, A. Beyer, A. Gölzhäuser, Th. Huser "Surface-Enhanced Raman Spectroscopy of Carbon Nanomembranes from Aromatic Self-Assembled Monolayers" Langmuir 2018, 34, 12692–2698 DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b03956 | |
| X. Zhang, E. Marschewski, P. Penner, A. Beyer, A. Gölzhäuser "Investigation of electronic transport through ultrathin carbon nanomembrane junctions by conductive probe atomic force microscopy and eutectic Ga–In top contacts" Journal of Applied Physics 2017, 122, 055103 DOI: 10.1063/1.4995533 | |
| M. Adams, N. Baroni, M. Oldenburg, F. Kraffert, J. Behrends, R. W. MacQueen, R. Haldar, D. Busko, A. Turshatov, G. Emandi, M. O. Senge, C. Wöll, K. Lips, B. S. Richards, I. A. Howard "Reaction of porphyrin-based surface-anchored metal–organic frameworks caused by prolonged illumination" Phys. Chem. Chem. Phys. 2018, 20, 29142-29151 DOI: 10.1039/C8CP05254A | |
| M. Adams, M. Kozlowska, N. Baroni, M. Oldenburg, R. Ma, D. Busko, A. Turshatov, G. Emandi, M. O. Senge, R. Haldar, C. Wöll, G. U. Nienhaus, B. S. Richards, I. A. Howard "Highly Efficient One-Dimensional Triplet Exciton Transport in a Palladium–Porphyrin-Based Surface-Anchored Metal–Organic Framework" ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 17, 15688-15697 DOI: 10.1021/acsami.9b03079 | |
| R. Haldar, A. Mazel, M. Krstić, Q. Zhang, M. Jakoby, I. A. Howard, B. S. Richards, N. Jung, D. Jacquemin, S. Diring, W. Wenzel, F. Odobel, C. Wöll "A de novo strategy for predictive crystal engineering to tune excitonic coupling" Nat. Commun. 2019, 10, 2048 DOI: 10.1038/s41467-019-10011-8 |