Spektroskopische und elektrochemische Charakterisierung nanostrukturierter Elektronen-Donor-Akzeptor-Systeme

Spectroscopical and electrochemical characterization of nanostructured electron donor / electron acceptor systems

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus-13519
  • Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der photophysikalischen Charakterisierung von nanostrukturierten Elektronendonor- und Akzeptorsystemen. Hierbei werden insbesondere auf C60-Fulleren basierende neue Rotaxane sowie zahlreiche nanostrukturierte Systeme von kovalent oder auch nichtkovalent funktionalisierten Kohlenstoffnanoröhren beschrieben. Die zentrale Aufgabe ist die erfolgreiche spektroskopische Identifizierung von ladungsgetrennten Zuständen. Hierfür werden eine Fülle an spektroskopischen Werkzeugen, angefangen von der stationären Absorptions- sowie Fluoreszenzspektroskopie bis hin zur Ultrakurzzeit-Laserspektroskopie angewendet. In Kapitel 2 werden die grundlegendenDie vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der photophysikalischen Charakterisierung von nanostrukturierten Elektronendonor- und Akzeptorsystemen. Hierbei werden insbesondere auf C60-Fulleren basierende neue Rotaxane sowie zahlreiche nanostrukturierte Systeme von kovalent oder auch nichtkovalent funktionalisierten Kohlenstoffnanoröhren beschrieben. Die zentrale Aufgabe ist die erfolgreiche spektroskopische Identifizierung von ladungsgetrennten Zuständen. Hierfür werden eine Fülle an spektroskopischen Werkzeugen, angefangen von der stationären Absorptions- sowie Fluoreszenzspektroskopie bis hin zur Ultrakurzzeit-Laserspektroskopie angewendet. In Kapitel 2 werden die grundlegenden photophysikalischen Methoden vorgestellt. Zur zweifelsfreien spektroskopischen Identifizierung des ladungsgetrennten Zustandes ist das Wissen der Signatur von erfolgreich oxidierter bzw. reduzierter Spezies aller beteiligten Einzelkomponenten erforderlich. Hierfür wurde im Verlauf dieser Arbeit eine geeignete Apparatur zur Durchführung von spektroelektrochemischen Messungen entwickelt, aufgebaut und angewendet. Die wesentlichen Grundlagen zur Elektrochemie werden in Kapitel 3 skizziert. Schließlich zeigt Kapitel 4 fundamentale Ideen und Konzepte super- und supramolekularer Systeme sowie den Weg von der natürlichen Photosynthese zu modernen nanostrukturierten Solarzellen auf. Die eigentliche Aufgabenstellung und die Ziele dieser Arbeit finden sich in Kapitel 5. In dieser Arbeit werden hauptsächlich Porphyrin-, Phthalocyanin-, Tetrathiafulvalen- und Ferrocene-Derivate als Elektronendonoren verwendet. Als Elektronenakzeptoren kommen auf Kohlenstoff basierende Nanostrukturen, insbesondere C60-Fulleren und Kohlenstoffnanoröhren zum Einsatz. Die grundlegenden spektroskopischen sowie elektrochemischen Eigenschaften dieser Verbindungsklassen werden in Kapitel 6 zusammengefasst. Kapitel 7 diskutiert dann sämtliche Ergebnisse der photophysikalischen Charakterisierung der untersuchten Rotaxansysteme. Eine zentrale Fragestellung ist hier die Betrachtung der lösungsmittelabhängigen Lage des Makrozyklus. Die Kapitel 8 bis 10 beschreiben unterschiedlichste Systeme von Kohlenstoffnanoröhren. Hierbei widmet sich zunächst Kapitel 8 der allgemeinen Charakterisierung von Kohlenstoffnanoröhren, welche dispergiert in diversen organischen Lösungsmitteln ohne zusätzliche Hilfsreagenzien vorliegen. Im zweiten Teil dieses Kapitels werden dann die spektralen Veränderungen von Kohlenstoffnanoröhren durch Spektroelektrochemie betrachtet. Diese Ergebnisse sind von hoher Bedeutung zur Identifikation von erfolgreichem lichtinduzierten Elektronentransfer in Kombination mit Kohlenstoffnanoröhren. Eine Anzahl an kovalent funktionalisierten Kohlenstoffnanoröhren wird dann näher in Kapitel 9 beschrieben. Im Gegensatz dazu beschäftigt sich das Kapitel 10 ausführlich mit nichtkovalenter Funktionalisierung von Kohlenstoffnanoröhren. Hierbei wird die Fragestellung geklärt, welche spektroskopischen Sonden eine erfolgreiche nichtkovalente Funktionalisierung erkennen lassen. In diesem Zusammenhang werden Pyrene, Pyren-Diaden, ein Azapentazen-Derivat sowie eine Reihe von Phthalocyanin-Poly(p-phenylenvinylen)-Oligomere in Kombination mit Kohlenstoffnanoröhren untersucht. Außerdem wird die p-Dotierung von Kohlenstoffnanoröhren durch ein Perlyenbisimid-Derivat vollständig beschrieben. In Kaptitel 11 werden abschließend die wichtigsten Ergebnisse sowie in Kapitel 12 die experimentellen Daten und Parameter dieser Arbeit zusammengefasst.show moreshow less
  • Photophysical characterization of nanostructured electron donor acceptor systems are at the focus of the current Ph.D. thesis. Special emphasis was placed on C60 based novel rotaxanes as well as numerous nanostructured systems using covalently and non-covalently functionalized carbon nanotubes. To this end, an arsenal of spectroscopic tools – starting with steady state absorption and fluorescence spectroscopy and reaching to ultrafast laser spectroscopy – have been employed. Chapter 2 introduces the basic photophysical methods. An unambiguous spectroscopic identification of, for example, radical ion pair states necessitated to obtain the signature of oxidized and reduced species. During thePhotophysical characterization of nanostructured electron donor acceptor systems are at the focus of the current Ph.D. thesis. Special emphasis was placed on C60 based novel rotaxanes as well as numerous nanostructured systems using covalently and non-covalently functionalized carbon nanotubes. To this end, an arsenal of spectroscopic tools – starting with steady state absorption and fluorescence spectroscopy and reaching to ultrafast laser spectroscopy – have been employed. Chapter 2 introduces the basic photophysical methods. An unambiguous spectroscopic identification of, for example, radical ion pair states necessitated to obtain the signature of oxidized and reduced species. During the course of this Ph.D. a suitable set up – to perform spectroelectrochemical experiments – was designed, built and utilized. Fundamentals about electrochemistry are described in chapter 3. Finally, chapter 4 illustrates basic ideas and concepts of super- and supramolecular systems as well as developing modern nanostructured solar cells as mimics of natural photosynthesis. Aims and objectives of this Ph.D. thesis are summarized in chapter 5. The present work is built on using porphyrins, phthalocyanines, tetrathiafulvalenes and ferrocene derivatives as electron donors. As electron acceptors on the other hand, carbon nanostructures, especially C60 and carbon nanotubes, were selected. The basic features – spectroscopical and electrochemical – of this class of compounds are gathered in chapter 6. In chapter 7 the results stemming from the photophysical characterization of all rotaxanes are discussed. On of the central topics is within this context the position of the macrocycle. Chapters 8 to 10 deal with the different carbon nanotube systems. In particular, chapter 8 sets focus on the general characterization of carbon nanotubes that were dispersed in organic solvents without the use of additional reagents. The second part of this chapter surveys spectral changes that are associated with the spectroelectrochemical investigations with carbon nanotubes. These results are of paramount importance with regard to identify unmistakably photoinduced electron transfer reactions in which carbon nanotubes act as electron acceptors. A wealth of covalently functionalized carbon nanotubes are introduced in chapter 9. In stark contrast non-covalently functionalized carbon nanotubes are the center of the focus of chapter 10. Here, the major thrust was to develop spectroscopic methods that reflect a successful non-covalent functionalization. More specifically, pyrenes, pyrene based dyads, an azapentacene derivate and a series of phtalocyanine oligomers were probed in combination with carbon nanotubes. In addition, p-doping of carbon nanotubes by means of interactions of perylenebisimides are elucidated in depth. Chapter 11 summarizes the most impact results and in chapter 12 all experimental data and parameters are collected.show moreshow less

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Metadaten
Author:Christian Ehli
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-13519
Advisor:Dirk Michael Guldi
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2009
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Naturwissenschaftliche Fakultät
Acceptance date of the thesis:2009/03/24
Release Date:2009/05/25
Tag:Rotaxan; supermolekulare Chemie
carbon nanotube; electron transfer; photophysics; rotaxane; spectroelectrochemistry
SWD-Keyword:Laserspektroskopie; Elektrochemie; Spektroelektrochemie; Kohlenstoff-Nanoröhre; Photophysik; Photochemie; Lichtabsorption; Lichtemission; Emis
Institutes:Naturwissenschaftliche Fakultät / Naturwissenschaftliche Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
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