Konjugierte Gruppe 13/15 anorganisch-organische Hybridpolymere

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Helten
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401739196

Konjugierte Polymere waren in den letzten Jahrzehnten Gegenstand enormer Forschungsaktivität, aufgrund von Anwendungen in elektronischen und optoelektronischen Geräten (OLEDs, OFETs, OPVs), in der biomedizinischen Bildgebung und Sensorik. In neuerer Zeit hat sich der Fokus hin zur Funktionalisierung konjugierter Polymere durch anorganische Hauptgruppenelemente verschoben. Speziell der Einbau von Bor führte dabei zu neuartigen Hybridpolymeren mit faszinierenden Eigenschaften und Funktionen. Der isoelektronische und isostere Austausch ausgewählter CC- durch BN-Einheiten in konjugierten organischen Systemen hat sich als erfolgreiche Strategie zur Entwicklung neuer Materialien erwiesen, die zwar strukturelle Gemeinsamkeiten mit ihren organischen Stammverbindungen, aber in vielen Fällen völlig veränderte elektronische Eigenschaften aufweisen. Dieser „BN/CC-Isosterie“-Ansatz wurde besonders erfolgreich auf polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe angewendet, in der Polymerchemie ist er hingegen bislang selten zum Einsatz gekommen. Darüber hinaus ist der Einbau von BP-Einheiten, die mit BN und CC valenzisoelektronisch sind, in organische Materialien bisher kaum untersucht worden, obwohl das Potenzial der resultierenden BCP Hybridmaterialien für elektronische Anwendungen kürzlich erkannt worden ist. Polymere mit BP-Verknüpfungen sind noch unbekannt. Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Entwicklung neuer konjugierter, cyclolinearer Polymere, deren Rückgrat aus organischen Baugruppen und B=N- beziehungsweise B=P-Einheiten besteht. Polymere mit linearen B=N-Verknüpfungen sind dabei von besonderem Interesse, da in solchen Systemen mögliche Konjugation entlang der Polymerkette über diese Einheit erfolgen muss, zumal keine alternativen Konjugationswege existieren. Interessante strukturelle und elektronische Effekte sind auch für konjugierte Polymere zu erwarten, die aus alternierenden heterocyclischen Baueinheiten verschiedener Aromatizität bestehen. Durch Einbau von Elektronendonor- und -akzeptor-Komponenten über einen modularen Ansatz werden sich die elektronischen Eigenschaften der neuen Materialien gezielt abstimmen lassen. Dies wird zum fundamentalen Verständnis der elektronischen Wechselwirkungen und Kommunikation über B=N- und B=P-Bindungen in linear ausgedehnten konjugierten Systemen beitragen. Um wohl-definierte Materialien zu erhalten, sollen neue Synthesemethoden entwickelt werden, mit denen sich die Zielverbindungen unter milden Bedingungen darstellen lassen. Dazu zählen (katalytische) AB-Typ-Polykondensationen und Kettenwachstums-Prozesse. Das könnte zu lebenden Polymerisationssystemen führen, wodurch die Struktur der erhaltenen Polymere genau kontrolliert werden kann und zudem die Möglichkeit eröffnet wird, zu Blockcopolymeren mit potenziellen Anwendungen in der Nanowissenschaft zu gelangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen