ISBN 978-3-8439-0559-6

978-3-8439-0559-6, Reihe Physikalische Chemie

Knud Gentz
Einfluss der Substituenten auf die Struktur selbstorganisierter Bipyridinschichten

205 Seiten, Dissertation Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn (2012), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Im Laufe des 20. Jahrhunderts erfolgte die Entwicklung neuer Werkstoffe lange Zeit nach dem Zufallsprinzip mittels Methoden, die gerne als „shake and bake“ bzw. „mix and wait“ bezeichnet wurden. Heutzutage zwingen ökonomische und ökologische Überlegungen zu einer zielgerichteteren Strategie, um Materialien mit hochspezifischen physikalischen und chemischen Eigenschaften herzustellen. Hierzu hat sich im letzten Vierteljahrhundert insbesondere die supramolekulare Chemie hervorgetan, deren Erkenntnisse zu der sogenannten „bottom-up“ Synthesestrategie geführt haben, die auf der Selbstorganisation von Molekülen beruht. Dabei entstehen aus kleinen Molekülbausteinen Strukturen zur Herstellung funktioneller bzw. „intelligenter“ Materialien in hochintegrierten mechanischen, optischen und elektronischen Bauteilen, Sensoren, Katalysatoren oder Sonden. Zur Herstellung solcher Strukturen ist es jedoch notwendig, Eigenschaften wie Hydrophilie oder –phobie, Leitfähigkeit oder chemische Reaktivität präzise analysieren und kontrollieren zu können.

In der vorliegenden Arbeit wurden die Strukturen und Eigenschaften von Filmen charakterisiert, die von, an der 1,1’-Position unterschiedlich substituierten, 4,4’-Bipyridinen (Viologenen) als Basiskomponente gebildet werden. Die Schichten wurden mittels elektrochemischer Rastertunnelmikroskopie sowie hochauflösender Photoelektronenspektroskopie untersucht und anhand ihres Redoxverhaltens und der gefundenen Strukturen chrakterisiert. Aus diesem Daten wurden Modelle aufgestellt, die die Strukturen der gebildeten Schichten auf die Eigenschaften der Bipyridinsubstituenten zurückführen. Dabei zeigte sich ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Ausdehnung des pi-Systems und den intermolekularen Wechselwirkungen innerhalb der Adsorbatschicht, was sich in unterschiedlichen Domänengrößen und der Beständigkeit gegenüber einer Oxidation ausdrückt. Starke Adsorbat-Adsorbat Wechselwirkungen führen dabei unter anderem zu einer Stabilisierung der Adsorbatschicht sowie einer damit einhergehenden Korrosionsinhibition der Kupferoberfläche, die das Einsetzen der Kupferauflösung um etwa 100mV zu positiverem Potential verschiebt.

Die vorliegende Untersuchung soll zu einem besseren Verständnis der Beziehungen zwischen den Strukturen der Bausteine und der von ihnen gebildeten Schichten beitragen.