Photophysikalische und Photoelektrische Eigenschaften Phthalocyanin-basierter MOF-Dünnschichten
| Konsortium: | |
| Prof. Dr. Christof Wöll, Eggenstein-Leopoldshafen KIT Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) | |
| Prof. Dr. Stefan Bräse, Karlsruhe KIT Institut für Organische Chemie | |
| Prof. Thomas Heine, Dresden TU Dresden Lehrstuhl Theoretische Chemie | |
| Projekt: | Photophysikalische und Photoelektrische Eigenschaften Phthalocyanin-basierter MOF-Dünnschichten |
| Zusammenfassung: | Übergeordnetes Ziel des Projekts in der zweiten Förderperiode ist die Herstellung von Chromophor-basierten, kristallinen und orientierten MOF-Dünnschichten (SURMOFs) auf leitenden und/oder transparenten Substraten. Neben den Porphyrinen (PPs) werden wir Phthalocyanine (PCs) und Porphyrazine (PYs) untersuchen, die beide bei längeren Wellenlängen absorbieren und somit eine gute Ergänzung zu den PPs darstellen. Die monolithischen SURMOF-Beschichtungen werden mit photophysikalischen und elektrochemischen Methoden charakterisiert. In ausgewählten Fällen werden diese Schichten in Bauelemente für spezifische Anwendungen, z.B. für die Photovoltaik, integriert. Diese Arbeiten werden das erfolgreiche Projekt zu den in der ersten Förderperiode aktiven SURMOFs auf PP-Basis ergänzen und die höhere Stabilität von PCs und PYs für die Herstellung von photovoltaischen und photoelektrochemischen Bauelementen nutzen. Unsere Erfahrungen mit der theoretischen Beschreibung der photophysikalischen Eigenschaften von PP-basierten SURMOFs während der vorangegangenen Förderperiode werden genutzt, um eine große Anzahl von PCs und PYs in silico zu screenen. Dieser Schritt ist notwendig, da die Synthese von PCs und PYs sehr viel anspruchsvoller ist als im Falle der PPs. Nur die vielversprechendsten PC- und PY-Kandidaten werden dann synthetisiert und zur Herstellung von SURMOFs verwendet. Darüber hinaus ermöglicht der schichtweise SURMOF-Wachstumsprozess das hierarchische Wachstum von SURMOFs, die Farbstoffe mit unterschiedlichem Absorptionsbereich tragen. Das aufeinanderfolgende Stapeln von PPs, PCs und PYs mit Absorption in zunehmenden Wellenlängenbereichen wird die Entwicklung von photovoltaischen Geräten ermöglichen, die das gesamte Sonnenspektrum vom Ultraviolett bis zum Infrarot abdecken. |
| Publikationen: | |
| J. Liu and C. Wöll ”Surface-supported metal–organic framework thin films: fabrication methods, applications, and challenges” Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 5730-5770 DOI: 10.1039/C7CS00315C | |
| 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 and 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, 15688-15697 DOI: 10.1021/acsami.9b03079 | |
| Y.-Y. Wang, S.-M. Chen, R. Haldar, C. Wöll, Z.-G. Gu, J. Zhang “Van der Waals Epitaxial Growth of 2D Metal-Porphyrin Framework Derived Thin Films for Dye- Sensitized Solar Cells” Adv. Mat. Interfaces 2018, 5, 1800985 DOI: 10.1002/admi.201800985 | |
| R. Haldar, K. Batra, S. M. Marschner, A. Kuc, S. Zhan, R. A. Fischer, S. Bräse, T. Heine, C. Wöll “Bridging the Green Gap: Metal-Organic Frameworks Heteromultilayers Assembled From Porphyrinic Linkers Identified by Using Computational Screening” Chem. Eur. J. 2019, 25, 7847-7851 DOI: 10.1002/chem.201901585 | |
| X. Liu, M. Kozlowska, T. Okkali, D. Wagner, T. Higashino, G. Brenner-Weiβ, S. M. Marschner, Z. Fu, Q. Zhang, H. Imahori, S. Bräse, W. Wenzel, C. Wöll, L. Heinke “Photoconductivity in Metal-Organic Framework Thin Films” Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 9590-9595 DOI: 10.1002/ange.201904475 | |
| M. Oldenburg, A. Turshatov, D. Busko, S. Wollgarten, M. Adams, N. Baroni, A. Welle, E. Redel, C. Wöll, B. S. Richards and I. A. Howard “Photon Upconversion at Crystalline Organic–Organic Heterojunctions” Adv. Mater. 201628, 8477-8482 DOI: 10.1002/adma.201601718 | |
| S. Grosjean, Z. Hassan, C. Wöll, S. Bräse “Diverse Multi-Functionalized Oligoarenes and Heteroarenes for Porous Crystalline Materials” Eur. J. Org. Chem. 20197, 1446-1460 DOI: 10.1002/ejoc.201801232 | |
| S. He, F. Biedermann, N. Vankova, L. Zhechkov, T. Heine, R. E. Hoffman, A. De Simone, T. T. Duignan, W. M. Nau “Cavitation energies can outperform dispersion interactions” Nat. Chem. 201810, 1252-1257 DOI: 10.1038/s41557-018-0146-0 | |
| D. Coupry, M. Addicoat, T. Heine “Explicit treatment of hydrogen bonds in the Universal Force Field: validation and application for Metal- Organic Frameworks, hydrates and host-guest complexes” J. Chem. Phys. 2017147, 161705 DOI: 10.1063/1.4985196 | |
| N. Huang, L. Zhai, D. E. Coupry, M. A. Addicoat, K. Okushita, K. Nishimura, T. Heine, D. Jiang “Multiple-component covalent organic frameworks” Nature Comm. 20167, 12325 DOI: 10.1038/ncomms12325 | |
| R. Haldar, L. Heinke, Ch. Wöll “Advanced Photoresponsive Materials Using the Metal-Organic Framework Approach” Adv. Mater. 2019, 190227 DOI: 10.1002/adma.201905227 |