Synthese von chiralen zweidimensionalen Perowskiten mit Bisammoniumkationen zur Detektion zirkular polarisierten Lichts (2DCPL)

• Antragsteller: Dr. Lucas Scalon
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558721159

Zweidimensionale (2D) Perowskite werden gebildet, indem sperrige organische Moleküle auf Ammoniumbasis (A') in die Perowskitstruktur eingeführt werden. Es können Mono- und Bis-Ammonium-Moleküle verwendet werden. Erstere führen zur Ruddlesden-Popper (RP)-Phase mit der chemischen Formel A'2An-1PbnX3n+1, während letztere zur Dion-Jacobson (DJ)-Phase führt, die durch die chemische Formel A'An-1PbnX3n+1 definiert ist. Dabei ist A ein kleines organisches Molekül auf Ammoniumbasis (Formamidinium oder Methylammonium), X ein Halogenid (Cl, Br, I) und n die Anzahl der [PbX6]4- Oktaeder, die durch die Ecken in senkrechter Richtung verbunden sind. Bemerkenswert ist, dass sich die Anzahl der A'-Kationen pro chemischer Formel zwischen der RP- und der DJ-Phase unterscheidet, da letztere durch ein organisches Molekül mit zwei Ammoniumgruppen gebildet wird, die mit den Bleihalogenid-Oktaedern wechselwirken. Zusätzlich zur Änderung der Dimensionalität kann das organische Kation die 2D-Perowskite funktionalisieren, um unterschiedliche optoelektronische Eigenschaften zu erzielen. So hat beispielsweise die Verwendung chiraler A'-Kationen hervorragende chiroptische und spinabhängige Ladungstransporteigenschaften für Anwendungen in Photodetektoren für zirkular polarisiertes Licht (CPL) und Leuchtdioden gezeigt. Die meisten Forschungsarbeiten über chirale Perowskite konzentrierten sich auf 2D-Strukturen vom RP-Typ. Über die Einführung chiraler Bis-Ammonium-Moleküle, die zu 2D-Perowskiten vom DJ-Typ führen können, wurde noch nicht berichtet. Die Stabilisierung sperriger chiraler Bis-Ammonium-Moleküle innerhalb des anorganischen Netzwerks des Perowskits ist eine Herausforderung. Dies liegt daran, dass die Ammoniumgruppe in diesen chiralen Molekülen typischerweise an einen sekundären chiralen Kohlenstoff gebunden ist, was zu einem erheblichen sterischen Hindernis für das Molekül bei der Wechselwirkung mit dem anorganischen Netzwerk des Perowskits führt. In diesem Projekt wollen wir zum ersten Mal die Synthese von chiralen 2D-Perowskiten vom DJ-Typ demonstrieren. Um eine reine Phase dieses Materials zu erhalten, müssen wir Wege finden, um die dem chiralen organischen Bis-Ammonium-Molekül innewohnende sterische Hinderung zu überwinden. Wir werden dieses Problem angehen, indem wir die Bedingungen für die Filmabscheidung optimieren, Lösungsmittelmischungen verwenden, die die Kristallisation des Perowskits verzögern können, und Zusatzstoffe hinzufügen, die zur Stabilisierung der 2D-Phase beitragen. Dieser Ansatz kann die Kristallorientierung verbessern und die Bildung von Verunreinigungen reduzieren, was sich positiv auf die chiroptische Reaktion des Systems auswirkt. Der optimierte chirale 2D-Perowskit vom DJ-Typ wird als aktive Schicht in einem CPL-Photodetektor eingesetzt. Die hier erzielten Ergebnisse können die Entwicklung einer neuen Klasse von chiralen Perowskiten beleuchten und die Entwicklung neuartiger chiraler Bis-Ammonium-Kationen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle