Supramolekulare Organisation auf Oberflächen und π-konjugierte Oligomere als funktionale Bausteine

Abstract

Im Rahmen dieser Dissertation wurden Strategien zur gezielten Herstellung und Kontrolle supramolekularer Nanostrukturen auf Oberflächen im Kontext der organischen und supramolekularen Chemie untersucht. Ziel der Arbeit war es, ein vertieftes Verständnis der Wechselwirkungen zu erlangen, die der Selbstorganisation wohldefinierter molekularer Bausteine zugrunde liegen, und diese Erkenntnisse für die Entwicklung funktionaler optoelektronischer Materialien nutzbar zu machen.<br /> Ein Schwerpunkt lag auf der Untersuchung von Bottom-up-Ansätzen, bei denen kleine, monodisperse Moleküle über nicht-kovalente Wechselwirkungen zu geordneten Strukturen aggregieren. Im Gegensatz zu polymerbasierten Systemen ermöglichen diese eine präzisere Kontrolle über Struktur und Funktion, stellen jedoch hohe Anforderungen an die Steuerung der supramolekularen Organisation.<br /> Im ersten Teil der Arbeit wurde die Selbstorganisation von zwölf strukturell verwandten organischen Verbindungen auf hochgeordnetem pyrolytischem Graphit (HOPG) systematisch untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, dass durch ein fein abgestimmtes Zusammenspiel von Wasserstoffbrückenbindungen, π-π-Wechselwirkungen sowie weiteren intermolekularen Kräften stabile zweidimensionale kristalline (Sub-)Monolagen mit großen Gitterkonstanten entstehen. Diese Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse über die Mechanismen oberflächeninduzierter Selbstorganisation und deren gezielte Steuerbarkeit.<br /> Der zweite Teil der Arbeit befasste sich mit der Synthese und Charakterisierung π-konjugierter, teilweise chiraler Oligomere, die zur Ausbildung eindimensionaler, nanofaserartiger Aggregate neigen. Die optischen Untersuchungen in Lösung zeigten ausgeprägte Absorptions- und Emissionseigenschaften.<br /> Ein zentrales Ergebnis der Arbeit ist die Weiterentwicklung und kritische Interpretation von Strukturmodellen der untersuchten Systeme. Aufbauend auf bereits vorhandenen experimentellen Daten konnten bestehende Modelle verfeinert und auf weitere Systeme übertragen werden, wodurch ein verbessertes Verständnis der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen erzielt wurde.<br /> Insgesamt zeigt die Arbeit, dass die Kombination aus molekularem Design, supramolekularer Chemie und gezielter Oberflächenfunktionalisierung einen vielversprechenden Ansatz zur Entwicklung maßgeschneiderter nanoskaliger Materialien darstellt. Die gewonnenen Erkenntnisse leisten einen Beitrag zur Weiterentwicklung funktionaler Systeme für zukünftige Anwendungen in der optoelektronischen Nanotechnologie.