Synthesis of self-organizing and immobilizing conjugated polymers and study of the electronic and optoelectronic properties
Final Report Abstract
Es wurden alkoxycarbonylsubstituierte konjugierte Polymere durch palladiumkatalysierte Polykondensation hergestellt, aus Lösung zu Filmen verarbeitet, die Alkoxycarbonylgruppen (z.B. Boc-Schutzgruppen) thermisch abgespalten und die Polymere vor und nach der Abspaltung spektroskopisch und elektrochemisch charakterisiert. Mit einigen Polymeren wurden elektrochrome Bauteile hergestellt und diese charakterisiert. Im Einzelnen wurden Polyiminoarylene mit boc-geschützten Carbazol- und Oligoanilingruppen in Haupt- und Seitenkette sowie konjugierte Co- und Terpolymere mit boc- und amoc-geschützten Phenanthridinon- und Diketopyrrolopyrrolgruppen in der Hauptkette hergestellt und spektroskopisch (NMR, IR, UV), cyclovoltammetrisch und bezüglich ihrer Molekulargewichte charakterisiert. Die thermische Schutzgruppen-Abspaltung wurde IR-spektroskopisch, gravimetrisch und mikroskopisch (SEM, SFM) untersucht. An einigen Beispielen wurde die Kinetik der Schutzgruppen-Abspaltung untersucht und die Geschwindigkeitskonstante bestimmt. Durch die Abspaltung verringert sich die Löslichkeit der Polymeren, da diese eine wasserstoffverbrückte Struktur mit höherem Ordnungszustand ausbilden können. Als Ergebnis werden Polymerfilme mit stark verringerter Löslichkeit und guter Haftung auf dem Substrat erhalten. Die Änderung der Löslichkeit und die Abnahme der Filmdicke bei der boc- Abspaltung wurden quantitativ untersucht. SEM- und SFM-Bilder zeigen, dass die glatte Filmoberfläche weitgehend erhalten bleibt. Polyiminoarylene mit Carbazolgruppen in Haupt- und Seitenkette zeigen elektrochrome Effekte, die leider wegen geringer Haftung der Polymerfime auf der Elektrode kaum anwendbar sind. Durch Verwendung boc-substituierter Carbazolgruppen und Abspaltung der Schutzgruppen nach der Filmherstellung gelang es, gut haftende elektrochrome Filme mit kurzer Schaltzeit und gutem Kontrastverhältnis herzustellen. Durch Ersatz der Carbazolseitengruppen durch boc-geschützte Oligoanilingruppen wurde nicht nur die Haftung nach Schutzgruppenabspaltung weiter erhöht, sondern auch das Kontrastverhältnis verbessert. Der vollständige Ersatz der Carbazolgruppen durch Oligoanilingruppen in Haupt- und Seitenkette erlaubte schließlich die Herstellung elektrochromer Polyanilinfilme mit definierter Molekülstruktur der Polymere, hohem Kontrastverhältnis und kurzen Schaltzeiten in elektrochromen Bauteilen. Konjugierte boc- oder amoc (amyloxycarbonyl)-geschützte Polymere mit Phenanthridinonund Diketopyrrolopyrrolgruppen in der Hauptkette konnten zwar durch Suzuki-Kupplung in stark fluoreszierender Form hergestellt werden, doch hatte die Abspaltung der Schutzgruppen eine weitgehende Löschung der Fluoreszenz zur Folge. Die Fluoreszenzlöschung wird wahrscheinlich durch Aggregation der linearen Polymerketten aufgrund der Ausbildung intermolekularer H-Brücken verursacht. Die Polymere sind daher für Anwendungen z. B. in organischen Leuchtdioden nicht geeignet.
Publications
- New conjugated polymers with thermocleavable side groups, 10. International Conference on Electroluminescence and Optoelectronics Devices, ICEL, Universität zu Köln (31.8.-3.9.2014)
S. Sahm, J.-M. Neudörfl, K. Meerholz, B. Tieke
- Polymers for Electronic Applications Based on Pyrrolopyrrolediones and Other High Performance Pigments, Makromolekulares Kolloquium der Universität Freiburg, Freiburg (27.02. 2014)
B. Tieke
- Electrochromic polyiminocarbazolylenes with latent hydrogen bonding, Polym. Chem. 2015, 6, 4887-490
B. Berns, B. Tieke
(See online at https://doi.org/10.1039/c5py00713e) - New conjugated polymers with thermo-cleavable side groups, 11. Zsigmondy Colloquium, Universität Bielefeld (2.-4.3.2015)
S. Sahm, D. Kourkoulos, J.-M. Neudörfl, K. Meerholz, B. Tieke
