Multiphotonenabsorption in metall-organischen Gerüstverbindungen
| Konsortium: | |
| Prof. Dr. Roland A. Fischer, München Technische Universität München Lehrstuhl für Anorganische und Metallorganische Chemie | |
| Prof. Dr. J. Hauer, München Technische Universität München Lehrstuhl für Dynamische Spektroskopien | |
| Projekt: | Multiphotonenabsorption in metall-organischen Gerüstverbindungen |
| Zusammenfassung: | Das Konsortium Fischer/Hauer befasst sich mit der Entwicklung nicht-linear optisch aktiver Koordinationsgerüstverbindungen, im besonderen Multiphotonenabsorptions (MPA)-Prozessen in Koordinationspolymeren (CPs) und metallorganischen Gerüstverbindungen (metal organic frameworks, MOFs). Das Interesse des Konsortiums liegt in intra- und intermolekularen Einflüssen auf die nicht-linearen Absorptionseigenschaften von kristallinen Koordinationsnetzwerken. Unsere Arbeitshypothese basiert hierbei auf zwei Säulen: (1) Intermolekulare Effekte haben einen großen Anteil an der MPA in CPs und MOFs; (2) Solche Effekte können durch die hohe strukturelle Vielfalt und Variabilität in Koordinationsnetzwerken angesteuert sowie eingestellt werden, sodass nicht-lineare Absorptionsprozesse steuerbar sind. Das zugrundeliegende Konzept von CPs und MOFs - ein gezielter Zugang zu funktionellen Materialien durch topologische Richtlinien - stellt einen einmaligen Raum dar, um die zu erwartenden Abhängigkeiten von MPA in Bezug auf die Eigenschaften von Koordinationsgerüstverbindungen systematisch zu untersuchen. Unser Ziel ist es neue funktionelle Materialien zu synthetisieren, mit herausragenden optischen Eigenschaften für zukünftigen Anwendungen in Bereichen wie etwa medizinische Bildgebung, Opto-Elektronik oder Photonik. Unser Ansatz zu solchen funktionellen Materialien folgt der Inkorporation von MPA-aktiven, molekularen Chromophoren als Liganden in kristallinen Koordinationsnetzwerken. Durch gezielte Verwendung von Konzepten wie „Crystal-Engineering“ auf Basis der retikulären Chemie sollen CPs und MOFs dargestellt werden, die sich in ihren Aufbaueinheiten gleichen, aber eine unterschiedliche räumliche Ausrichtung der Chromophore zueinander besitzen. Diese funktionellen Materialien werden intensiv spektroskopisch untersucht und die gemessenen nicht-linear optischen Größen werden im Rahmen von struktur-assoziierten Größen, wie etwa Chromophoren-Dichte, spezifische molekulare Ausrichtungen, lokale Ligandengeometrien und deren Änderung nach Einbau etc. interpretiert. Ein entscheidender Aspekt für nicht-triviale Verbesserungen der MPA-Eigenschaften wird die exzitonische Wechselwirkung zwischen den Liganden sein. Die starke Abstandsabhängigkeit der exzitonischen Kopplungselemente ist der primäre Anknüpfungspunkt für zielgerichtete synthetische Modifikationen. Demnach liegt der Fokus der Arbeiten des Konsortiums Fischer/Hauer in der Ableitung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Koordinationsgerüstverbindungen bezüglich MPA-Prozessen und der Offenlegung eventueller Material-Designregeln, sowie der Schaffung eines prinzipiell besseren Verständnisses der optischen Antwort von CPs und MOFs. |
| Publikationen: | |
Weishäupl S. J., Mayer D. C., Cui Y., Kumar P., Oberhofer H., Fischer R. A., Hauer J., Pöthig A. "Recent advances of multiphoton absorption in metal–organic frameworks" J. Mater. Chem. C, 2022, 10, 6912-6934 DOI: 10.1039/D2TC00191H | |
Weishäupl S. J., Cui Y., Deger S. N., Syed H., Ovsianikov A., Hauer J., Pöthig A., Fischer R. A. "Coordination Polymers Based on Carbazole-Derived Chromophore Linkers for Optimized Multiphoton Absorption: A Structural and Photophysical Study" Chem. Mater. 2022, 34, 16, 7402–7411 | |
Weishäupl S. J., Mayer D. C., Thyrhaug E., Hauer J., Pöthig A., Fischer R. A. "A nitrophenyl-carbazole based push-pull linker as a building block for non-linear optical active coordination polymers: A structural and photophysical study" Dyes and Pigments, 2021, 186, 109012 | |
| Mayer, D. C., Zareba, J. K.; Raudschl-Sieber, G.; Pöthig, A.; Choluj, M.; Zaleśny, R.; Samoć, M.; Fischer, R. A. ”Post-Synthetic Framework Contraction Enhances the Two-Photon Absorption Properties of Pillar-Layered Metal-Organic Frameworks” Chemistry of Materials, 2020, 32 (13), 5682-5690 DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c01417 | |
| Mayer, D. C.; Manzi, A.; Medishetty, R.; Winkler, B.; Schneider, C.; Kieslich, G.; Pöthig, A.; Feldmann, J.; Fischer, R. A. “Controlling Multiphoton Absorption Efficiency by Chromophore Packing in Metal–Organic Frameworks” J. Am. Chem. Soc. 2019, 141 (29), 11594-11602 DOI: 10.1021/jacs.9b04213 | |
| R. Medishetty, V. Nalla, L. Nemec, S. Henke, D. Mayer, H. Sun, K. Reuter, R. A. Fischer “A New Class of Lasing Materials: Intrinsic Stimulated Emission from Nonlinear Optically Active Metal–Organic Frameworks” Adv. Mater. 2017, 29, 1605637 DOI: 10.1002/adma.201605637 | |
| R. Medishetty, L. Nemec, V. Nalla, S. Henke, M. Samoc, K. Reuter, R. A. Fischer “Multi-Photon Absorption in Metal-Organic Frameworks” Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 14743-14748 DOI: 10.1002/anie.201706492 | |
| R. Medishetty, J. K. Zareba, D. Mayer, M. Samoc, R. A. Fischer “Nonlinear optical properties, upconversion and lasing in metal-organic frameworks” Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 4976-5004 DOI: 10.1039/c7cs00162b | |
| E. Thyrhaug, S. Krause, A. Perri, G. Cerullo, D. Polli, T. Vosch, J. Hauer “Single-molecule excitation–emission spectroscopy” Proceedings of the National Academy of Sciences 2019, 116, 4064-4069 DOI: 10.1073/pnas.1808290116 | |
| J. Lim, D. Palecek, F. Caycedo-Soler, C. N. Lincoln, J. Prior, H. von Berlepsch, S. F. Huelga, M. B. Plenio, D. Zigmantas, J. Hauer “Vibronic origin of long-lived coherence in an artificial molecular light harvester” Nat. Commun. 2015, 6, 7755 DOI: 10.1038/ncomms8755 | |
| V. Perlík, J. Seibt, L. J. Cranston, R. J. Cogdell, C. N. Lincoln, J. Savolainen, F. Šanda, T. Mančal, J. Hauer “Vibronic coupling explains the ultrafast carotenoid-to-bacteriochlorophyll energy transfer in natural and artificial light harvesters” J. Chem. Phys. 2015, 919548 DOI: 10.1063/1.4919548 | |
| V. Balevičius, D. Abramavicius, T. Polívka, A. Galestian Pour, J. Hauer “A Unified Picture of S* in Carotenoids” J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 3347-3352 DOI: 10.1021/acs.jpclett.6b01455 | |
| NA. Perri, J. H. Gaida, A. Farina, F. Preda, D. Viola, M. Ballottari, J. Hauer, S. De Silvestri, C. D’Andrea, G. Cerullo, D. Polli “Time- and frequency-resolved fluorescence with a single TCSPC detector via a Fourier-transform approach” Optics Express 2018, 2270-2279 DOI: 10.1364/OE.26.002270 | |
| A. Perri, A. F. Preda, C. D’Andrea, E. Thyrhaug, G. Cerullo, D. Polli, J. Hauer “Excitation-emission Fourier-transform spectroscopy based on a birefringent interferometer” Optics Express 2017, 25, 483-490 DOI: 10.1364/OE.25.00A483 |