Licht-kontrollierte Metall-Liganden-Koordination in Polymeren - von grundlegenden Studien zu photoresponsiven Polymernetzwerken

• Antragsteller: Professor Dr. Benjamin Dietzek-Ivansic; Professor Dr. Ulrich S. Schubert
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549386640

Stimuli-responsive Polymere haben in den letzten Jahren aufgrund ihrer schaltbaren Eigenschaften, welche sich durch einen bestimmten Stimulus verändern lassen, stark an Interesse gewonnen. Hierbei wurden verschiedene Stimuli wie Wärme oder eine Änderung des pH-Werts eingesetzt, um die Schaltung der Eigenschaften dieser intelligenten Materialien auszulösen. Licht ist ein besonders interessanter Stimulus, da verschiedene Wellenlängen genutzt werden können. Zudem kann Licht auch lokal und zeitlich kontrolliert angewendet werden. Daher wurden verschiedene Klassen von photo-responsiven Polymeren, wie Polymere mit Azofarbstoffen oder Metallopolymere, untersucht. Metallopolymere, welche auf supramolekularen Wechselwirkungen basieren, stellen vielversprechende Materialien dar. Es gibt einige Beispiele für photo-responsive Metallopolymere, welche photo-labile Ru(II)-Komplexe enthalten. Es gibt jedoch kaum Beispiele in der aktuellen Literatur, die sich auf systematische mechanistische Untersuchungen der Photospaltung der Komplexe und der Bindungswechselwirkung in Polymeren in Abhängigkeit von der Architektur der Komplexe und der lokalen Umgebung der photoaktiven Einheiten in Polymernetzwerken konzentrieren. Der letztgenannte Aspekt umfasst mehrere Parameter wie die Glasübergangstemperatur des Polymers, die Polarität des Polymers sowie die zusätzliche Gegenwart von Lösungsmitteln in Gelen. In diesem Projekt soll diese Frage durch die Kombination der Synthese von photoaktiven Ru(II)-Komplexen mit einer Reihe von photolabilen Liganden unterschiedlicher Koordinationsstärke und deren Einbettung in verschiedene Polymerstrukturen untersucht werden. Dabei werden wir die Rolle der lokalen Umgebung, z.B. der Zugänglichkeit des Lösungsmittels und der Polarität des Polymers, auf die lichtgesteuerte Ligandenlabilisierung untersuchen. Die Palette der Polymerstrukturen, die zur Einstellung der Eigenschaften verwendet werden, reicht von Polymergelen bis zu Polymernetzwerken. Semi-IPNs mit "oligomerem Lösungsmittel" werden verwendet, um einen graduellen Übergang von Gelen (mit Lösungsmittel) zu Polymernetzwerken (ohne Lösungsmittel) verwirklichen zu können. Neben den molekularen Prozessen bei der Lichteinstrahlung werden wir die Auswirkungen der Ligandenlabilisierung auf die makroskopischen Eigenschaften der polymeren Materialien, insbesondere auf die mechanischen Eigenschaften, untersuchen. Die Schaltbarkeit der Polymermaterialien wird im Kontext von Formgedächtnispolymeren und selbstheilenden Polymeren genutzt. Die photoinduzierte Reversibilität der Ru(II)-Komplexe wird die Wiederherstellung der permanenten Form bzw. das Schließen von Kratzern ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen