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2018-07-06Dissertation DOI: 10.18452/19271
Self-Assembly and Electronic Properties of π-expanded Macrocycles
dc.contributor.authorCojal Gonzalez, Jose David
dc.date.accessioned2018-07-06T12:51:47Z
dc.date.available2018-07-06T12:51:47Z
dc.date.issued2018-07-06
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/20033
dc.description.abstractIn der vorliegenden Dissertation werden das Selbstaggregationsverhalten und die elektronischen Eigenschaften von vier expandierten pi-konjugierten Makrozyklen in geordnete supramolekulare Architekturen mit Hilfe von Rastertunnelmikroskopie (STM) und Tunnelspektroskopie (STS) an Fest-Flüssig-Grenzflächen zwischen organischen Moleküllösungen und der Basalfläche von Graphit untersucht. Zwei Makrozyklen sind die Fotoisomere Z,Z–8T6A und E,E–8T6A, in denen sechs Ethynylengruppen und zwei cis- bzw. trans-Ethylen erhalten sind. STM-Bilder zeigen 2-dimensionale hexagonale Gitter. Strom-Spannungs-Kennlinien bestätigten den erwarteten donor-artigen Charakter der Makrozyklen. Das Schalten von Z,Z–8T6A zu E,E–8T6A wird durch STS zyklische Messungen angezeigt, nachdem die stabilste kationische Spezies ausgebildet wurde. Diese Ergebnisse stellen das erste elektrochemische Schalten unter Standard STM Bedingungen dar. Außerdem wurden die Photoisomerisierungen zwischen Z,Z-8T6A und E,E-8T6A an der Fest-Flüssig-Grenzfläche beobachtet. Eine selbstorganisierte Monoschicht aus Wasserstoffbrücken-gebundenen Trimesinsäuren an der Fest-Flüssig-Grenzfläche bildet Wirtsstellen für die epitaktische Anordnung von Fullerenen mit E,E–8T6A Komplexen in Mono- und Doppelschichten aus. Mit Hilfe der STM-Tomographie wird die Bildung der Templatschicht überprüft. Die Konformationsstabilität und die Adsorptionsstellen der Monoschichten werden mit der Hilfe von Molekulardynamik-Simulation bestätigt. Die STS-Experimente zeigen die Modifikation der gleichrichtenden Eigenschaften der Makrozyklen durch die Bildung von Donor-Akzeptor-Komplexen in einer dicht gepackten, selbstorganisierten supramolekularen Nanostruktur. Die Kombination von Wirt-Gast-Komplexen mit der Schaltfähigkeit und den elektronischen Transporteigenschafte von makrozyklischen Oligothiophenen prädestinieren diese als Kandidaten für Anwendungen in supramolekular konstruierten Systemen mit gewünschten (opto)elektronischen Eigenschaften.ger
dc.description.abstractThe present thesis concerns to the self-assembly and the electronic properties of four pi-expanded macrocycles into ordered supramolecular architectures, investigated by means of scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) at the solid-liquid interface between organic solutions and the basal plane of graphite. Two macrocycles are the photoisomers Z,Z–8T6A and E,E–8T6A, which contain six ethynylenes and two cis- and trans-ethylenes in opposite positions of the ring, respectively. STM images reveal hexagonally ordered 2D-networks. Current–voltage characteristics confirm the expected donor-like character of the macrocycles. Cyclic STS measurements indicate that Z,Z–8T6A switches to E,E–8T6A after formation of a most stable cationic species. This result represents the first reported electrochemical switching experiment under standard STM conditions. Additionally, the reversible photoisomerization between Z,Z-8T6A and E,E-8T6A upon irradiation was recognized at the solid-liquid interface. Moreover, a self-assembled monolayer of hydrogen-bonded trimesic acid at the solid-liquid interface provides host-sites for the epitaxial ordering of Saturn-like complexes of fullerenes with E,E–8T6A macrocycles in mono- and bilayers. STM tomography verifies the formation of the templated layer, while molecular dynamics simulations corroborate the conformational stability and assign the adsorption sites of the adlayers. STS measurements reveal the modification of the rectifying properties of the macrocycles by the formation of donor-acceptor complexes in a densely packed all-self-assembled supramolecular nanostructure. The combination of host-guest complexation and the switching capabilities and electronics transport characteristics of cyclic oligothiophenes render them candidates for applications in the study of supramolecular engineered systems with desirable (opto)electronic properties.eng
dc.language.isoeng
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin
dc.rights(CC BY-NC 3.0 DE) Namensnennung - Nicht kommerziell 3.0 Deutschlandger
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/
dc.subjectSelbstaggregationger
dc.subjectRastertunnelmikroskopieger
dc.subjectTunnelspektroskopieger
dc.subjectkonjugierte Makrozyklenger
dc.subjectpi-expandierte makrozyklische Oligothiopheneger
dc.subjectelektrochemisches Schaltenger
dc.subjectMolekularelektronikger
dc.subjectSupramolekulartechnikger
dc.subjectself-assemblyeng
dc.subjectscanning tunneling microscopyeng
dc.subjectscanning tunneling spectroscopyeng
dc.subjectconjugated macrocycleseng
dc.subjectpi-expanded macrocyclic oligothiopheneseng
dc.subjectelectrochemical switchingeng
dc.subjectmolecular electronicseng
dc.subjectsupramolecular engineeringeng
dc.subject.ddc530 Physik
dc.titleSelf-Assembly and Electronic Properties of π-expanded Macrocycles
dc.typedoctoralThesis
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-110-18452/20033-4
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/19271
dc.date.accepted2018-05-23
dc.contributor.refereeRabe, Jürgen P.
dc.contributor.refereePalma Vargas, Carlos Andres
dc.contributor.refereeKoch, Norbert
dc.subject.rvkUH 6320
dc.subject.rvkVK 7150
local.edoc.pages147
local.edoc.type-nameDissertation
local.edoc.institutionMathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

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