Assist.-Prof. Dr. Heidi Annemarie Reichl
Photoaktive Hybridsysteme
Der Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt auf der Entwicklung photoaktiver anorganisch-organischer Hybridmaterialien. Hybridmaterialien sind dabei Substanzen, die aus mindestens zwei Komponenten bestehen und im Zusammenspiel neue Eigenschaften aufweisen. So macht es die Kombination aus porösen Wirtsstrukturen mit photoaktiven Molekülen und Komplexen möglich, Photoschaltbarkeit (z.B. Änderung der Farbe durch Einstrahlung von Licht) und Leuchteigenschaften wie in Lösung oder sogar noch effizienter zu erreichen. Durch geeignete Wahl der Wirtsmatrix und des Gastes können diese Eigenschaften gezielt eingestellt werden. Das ist vor allem hinsichtlich Anwendungen in der Datenspeicherung, in Sensoren oder OLEDs interessant.
Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit photoaktiven Hybridmaterialien bestehend aus porösen Metall-Organischen Gerüstverbindungen (MOFs) und photochromen/lumineszenten (an)organischen Molekülen und Komplexen. Photoaktive Substanzen zeigen vornehmlich in Lösung ihre optischen Eigenschaften, die im Feststoff durch sterische Hinderung limitiert werden. Die Einbettung in die poröse Struktur von MOFs hat dabei den Vorteil, dass die betreffende Spezies voneinander separiert wird. Zum einen führt das dazu, dass lichtinduzierte Isomerisierungsprozesse auch im Feststoff möglich werden, zum anderen können Phänomene wie das Löschen von Lumineszenz durch Aggregation verhindert werden. Darüber hinaus können MOFs in ihren physikochemischen Eigenschaften durch gezielte Änderung der Grundbausteine variiert und somit gewünschte Eigenschaften eingestellt werden, die wiederum die optische Antwort des Gesamtmaterials moduliert.
Die Zwei- oder Mehrkomponentensysteme werden dabei über verschiedene Synthesewege dargestellt, die von “Eintopf”-Synthesen, über Diffusionsbeladung hinzu Gasphasenbeladung und Mechanochemie reichen. Die so erhaltenen Materialien werden dann über verschiedene diffraktometrische und spektroskopische Methoden hinsichtlich ihrer optischen Eigenschaften untersucht.
Um die resultierenden optischen Eigenschaften eines Hybridmaterials nachvollziehen und vor allem gezielt einstellen zu können, muss die Art der Wechselwirkung zwischen den Einzelkomponenten verstanden werden. Durch Kombination von verschiedenen analytischen Methoden (ssNMR, totale Röntgenstreuung gekoppelt an PDF, IR- und UV/Vis Spektroskopie) mit Modellierung sollen photoaktive Hybridsysteme vollständig charakterisiert und die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen strukturell abgeleitet werden. Der so aufstellte Charakterisierungs-Work-Flow kann dann auf andere (teil-)amorphe Systeme übertragen werden.