Multiphonon-Relaxation in der molekularen Lanthanoiden-Lumineszenz

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Seitz
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256010690

Die strahlungslose Deaktivierung von angeregten Zuständen in molekularen Verbindungen durch die Wechselwirkung von elektronischen Niveaus und Vibrationsobertönen (= Multiphonon-Relaxation, MR) ist eine der fundamentalsten Phänomene in der Photophysik lichtemittierender Systeme. Eine der interessantesten Luminophor-Klasse, die stark limitiert ist durch MR mittels anharmonischen, hochenergetischen Oszillatoren, sind molekulare Lanthanoid-Komplexe, die im nahen Infrarot-Bereich (ca. 650-2000 nm) emittieren. Ein detailliertes empirisches und theoretisches Verständnis der Feinheiten, die MR in diesen Spezies bestimmen, steckt immer noch in den Kinderschuhen trotz des großen technologischen Potentials von nah-Infrarot-Lumineszenz in Bereichen wie biomedizinischem Imaging oder optischer Telekommunikation. Der vorliegende Antrag zielt darauf ab, diese Situation durch die Entwicklung eines umfassenden Verständnissen von MR in molekularen Lanthanoid-Komplexen zu verbessern. Die Schlüsselmethodik für dessen Umsetzung ist die organische Synthese von stereochemisch wohldefinierten Lanthanoid-Komplexen, die systematisch mit schweren Isotopen markiert sind (z.B. C-D statt C-H). Diese maßgeschneiderten, isotopologen Modellsysteme erlauben die Quantifizierung von kritischen MR-Einflußfaktoren durch typische strukturelle Ligandenmotive. Insbesondere umfasst dies die Bestimmung der 3D-Komplexstrukturen in Lösung (paramagnetisches 1H NMR), der strahlungslosen Deaktivierungsraten (zeitaufgelöste Lumineszenzspektroskopie) und der Eigenschaften der Vibrationsobertöne (nah-IR-Absorptionsspektroskopie) in verschiedenen gekoppelten Oszillatorfragmenten, gefolgt von der Integration der empirischen Daten unter dem theoretischen Dach des induktiv-resonanten Mechanismus strahlungsloser Übergänge. Das angestrebte wegweisende, allgemeine Verständnis von MR für hochfrequente, anharmonische Oszillatoren würde weit über den gegenwärtigen state-of-the-art hinausgehen und würde das wohlbekannte energy gap law für niederfrequente, harmonische Oszillatoren in allen Bereichen der molekularen Photophysik ergänzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen