Organische Moleküle für neue optoelektronische Geräte
Die Spannungssensorik kommt bei vielen Anwendungen zum Einsatz und arbeitet in der Regel mit herkömmlichen elektrischen Komponenten wie Elektroden. Die optische Erfassung der Spannung soll nun den Weg für die nächste Generation dieser Bauteile ebnen. Wissenschaftler veränderten die am Elektronentransfer beteiligten Moleküle, um spannungssensitive Fluoreszenzen zu generieren, und zwar im Rahmen des Projekts "Optical probes for membrane potential via photo induced electron transfer" (VOLTAGE-PROBE). Schwerpunkt der Arbeiten waren Porphyrine, d.h. natürlich vorkommende Moleküle aus vier verknüpften heterocyclischen Gruppen, in deren Zentrum sich meist ein Metallatom befindet. Porphyrine sind Bausteine vieler wichtiger Substanzen im Körper, u.a. Hämoglobin - ein Protein in roten Blutkörperchen, in dessen Mitte sich ein Eisenmolekül befindet, das Sauerstoff trägt. Sie sind auch Bestandteil von Chlorophyll, dem grünen Farbstoff, mit dem Pflanzen Licht absorbieren. Weiterhin zeigen diese Strukturen ungewöhnliche magnetische Eigenschaften basierend auf Elektronenspin und könnten sich damit für die innovative magnetische Datenspeicherung auf organischer Basis eignen. Obwohl der photoinduzierte Elektronentransfer bei monomeren Porphyrinen bereits im Detail erforscht ist, ist kaum etwas über Porphyrinoligomere bekannt, d.h. Moleküle aus zwei oder mehreren verknüpften Porphyrinmolekülen. VOLTAGE-PROBE synthetisierte Porphyrin-Makromoleküle aus einem bis sechs Porphyrineinheiten, die kovalent miteinander verbunden sind. Mit spektroskopischen Verfahren wurden dann elektronische Eigenschaften und Elektronentransfer untersucht. Die Forscher VOLTAGE PROBE demonstrierten bei gekrümmten p-Systemen (Konjugation durch Überlappung von p-Orbitalen) einzigartige elektronische Eigenschaften (Spin-Zustände und elektronische Strukturen), die sie von ihren linearen Analoga unterscheiden. Starre Porphyrin-Nanoringe aus sechs Porphyrin-Einheiten wurden umfassend charakterisiert und bieten nun wichtige Einblicke in die Elektronenstruktur. Das Team entwickelte weiterhin neuartige Synthesemethoden für verlängerte Porphyrin- Nanoröhrchen. Obwohl ein Großteil der Arbeit anderen Kohlenstoffnanostrukturen wie Fullerenen und Kohlenstoff-Nanoröhren gewidmet war, ist über Porphyrin-Nanoröhrchen kaum etwas bekannt. Eine Analyse der optoelektronischen Eigenschaften ergab, dass sie in dieser Hinsicht Nanoringen stark ähneln. Ein kleiner Unterschied war der Beginn der Fluoreszenz, der bei den Nanoröhren zum roten Bereich tendierte. Organische Makromoleküle aus Porphyrin bieten interessante optische, elektronische und magnetische Eigenschaften, die sie für eine Vielzahl von Anwendungen prädestinieren. VOLTAGE-PROBE synthetisierte mehrere Architekturen und ermittelte deren elektronische Eigenschaften, um die Technologie für das rationale Design innovativer Geräte geeignet zu machen.
Schlüsselbegriffe
Elektronenübertragung, optische Sonden, Membranpotential, photoinduzierter Elektronentransfer, Porphyrin
