Nano-Energieforschung

Elektrochemisch gesteuerte Anbindung pi-elektronenreicher Moleküle und Nanoobjekte an Elektrodenoberflächen

Projektleiter: Prof. Dr. Gunther Wittstock
Kooperationspartner: Prof. Dr. Rüdiger Beckhaus, Prof. Dr. Jens Christoffers

Während sich der Ladungstransport in Solarzellen aus organischen Polymeren weitgehend mit den Konzepten der Festkörperphysik beschreiben lässt, sind biologische Lichtwandlungssysteme viel stärker aus der Struktur und der supramolekularen Orientierung molekularer Bausteine heraus zu verstehen darüber beeinflussen. In diesem Projekt sollen neue Ansätze zur Verankerung molekularer Funktionsträger an Elektroden unternommen werden, wobei die Elektrodenoberflächen als Plattform für die Fixierung und zur Adressierung über elektrochemische Prozesse dient.

Molekulare Funktionsträger werden in der AG Beckhaus im synthetisiert. Die Arbeitsgruppe Christoffers stellt Farbstoffe auf der Basis von Diaminoterephthalsäure als Scaffold bereit, die die Anknüpfung von bis zu vier Effektoren an ein zentrales Chromophor gestattet. Zur Anknüpfung an Oberflächen wird eine Bindungsstelle über einen Abstandshalter (Spacer) mit einer Thiol- oder Trichlorsilanfunktion als Ankergruppe versehen. Drei weitere Bindungsstellen stehen dann für die Ligation weiterer Effektorgruppen zur Verfügung. Die Reaktionen an der Oberflächen werden elektrochemisch und mit Photoelektronenspektroskopie und Infrarot-Reflexionsabsorptionsspektroskopie verfolgt.

Da das Scaffold selbst einen Fluoreszenzfarbstoff darstellt, kann der Fortgang der Reaktion außerdem sehr elegant spektroskopisch verfolgt werden, da sich die Fluoreszenzintensität und Wellenlänge bei der Bindung ändern. Ziel ist es zwei Objekte (z.B. einen molekulares p-Elektronensystem und ein plasmonisch aktives Nanoobjekt) an einem Ankermolekül zu fixieren und die energetischen Wechselwirkungen dieser beiden Effektoren optisch zu untersuchen. Solche Systeme böten eine günstige Ausgangsbasis, um nach Absorption Elektronentransferreaktionen zur Stromerzeugung oder für definierte chemische Umsetzungen zu nutzen. Dies kann auch im Rahmen von Sensoren erfolgen, bei denen chemisch selektive Wechselwirkungen zu weiteren Molekülen über biologische oder biomimetische Rezeptoren vermittelt wird.