Kristalline feste Lösungen polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe stabilisiert durch Dispersionskräfte

• Antragsteller: Dr. Kazutaka Shoyama
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542652295

Kristalline feste Lösungen (engl.: CSSs: crystalline solid solutions) sind Festkörpermaterialien, die aus zwei oder mehr Komponenten mit unterschiedlichen Verhältnissen bestehen. Für die Herstellung von CSSs sollte die Wechselwirkungsenergie innerhalb derselben Komponente und zwischen unterschiedlichen Komponenten gleich sein, sodass weder sich die reinen Komponenten kristallisierten noch sich ein Co-Kristall bildet. CSSs treten bei anorganischen Materialien häufig auf, da die Wechselwirkungen aufgrund kovalenter oder ionischer Bindungen im Allgemeinen hoch sind, sich also generell näher beieinander befinden, und zusammen mit kugelförmigen Komponenten, bzw. Atomen, die energetischen Voraussetzungen für die Bildung von CSSs erfüllt sind. Organische Moleküle hingegen haben asymmetrische Formen, und bilden molekulare Kristalle, welche hauptsächlich durch schwache intermolekulare Wechselwirkungen, d.h. van der Waals Kräfte, stabilisiert werden. Solche schwachen Wechselwirkungen und die asymmetrischen Formen der Moleküle verhindern die Herstellung von CSSs, da der relative Energieunterschied zwischen verschiedenen Komponenten groß ist. Um dieses Problem zu überwinden, werde ich in diesem Projekt Diamantoide für die Erzeugung organischer CSSs verwenden. Diamantoide, z. B. Adamantan, haben mehrere nach außen gerichtete C-H Bindungen und weisen daher starke Wechselwirkungen untereinander auf. Deshalb plane ich, Adamantan-Substituenten mehrfach an polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) zu installieren, um organische Funktionsmaterialien zu erzeugen, die CSSs bilden können. Solche organischen CSSs sollten abstimmbare optische Eigenschaften aufweisen, die für die individuellen Komponenten nicht möglich sind. Die asymmetrischen Formen von PAKs könnten zu polaren oder chiralen Eigenschaften der resultierenden CSSs führen, die besonderen Anwendungen in den organischen Halbleitern finden könnten. Die Weiterentwicklung der organischen CSSs könnte eine neue Art von organischen Halbleitern ermöglichen, die Ferroelektrizität oder chiralen Absorption oder Emission aufweisen können. Ich erwarte, dass die erfolgreiche Durchführung dieses Projekts den Grundstein für neue kristalline organische Funktionsmaterialien legen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen