Arbeitskreis Terfort

Michael Rudolph

Forschungsschwerpunkte

Elektrochemische Analytik: Zyklovoltammetrie (engl. Cyclic voltammetry, CV), Linear-Sweep-Voltammetrie (LSV), Differentielle-Puls-Voltammetrie (DPV), Spektroelektrochemie (SEC); Oberflächenanalytik: Ellipsometrie, Infrarot-Reflexions-Absorptionsspektroskopie (IRRAS); Selbst anordnende Monolagen (SAMs) zur Funktionalisierung und (elektronischen) Modifizierung von metallischen Oberflächen; Spurenanalytik: Ionenchromatographie (IC); Elektrosynthese.

Forschung: p-Dimere als funktionelle Einheit in schaltbaren selbstanordnenden Monolagen

Die Arbeit „ p-Dimere als funktionelle Einheit in schaltbaren selbstanordnenden Monolagen“ dient zur Untersuchung von Oberflächen mit schaltfähigen Eigenschaften. Zur Herstellung eines solchen elektrochemischen Schalters über ein p-Dimersystem wäre zunächst die Entwicklung stabiler Ankergruppen nötig, welche durch eine unterschiedliche Anzahl an Verknüpfungstellen auf der Oberfläche stabile, leitfähige Schichten ermöglichen. Neben den klassischen Thiolen eignen sich insbesondere mehrfach-bindende Ankergruppen wie beispielsweise 3,5,7-Tris(mercaptomethyl)adamantan, da diese durch ihre starre Anordnung eine stöchiometrische Anbringung der funktionellen Einheit auf der Oberfläche ermöglichen werden.[1,2]

Eine mehr als interessante Kopfgruppe stellen dabei Methylviologene dar, für die bereits der p-Dimerisierungscharakter gezeigt werden konnte.[3] Sie sind sowohl chemisch, als auch elektrochemisch gut untersucht und bilden aufgrund ihrer Ringstrukturen elektrochemisch leitfähige Systeme. Zusätzlich besteht der Vorteil, dass durch ein großes Spektrum an bekannten synthetischen Bausteinen und Derivaten, die Änderung des Dipolmoments auf der Oberfläche und damit auch die Variation der Austrittsarbeit zugänglich sein sollten.[4] Des Weiteren wäre es denkbar durch die Verwendung von Viologenderivaten elektrochemische Polymerisationsprozesse auf der Oberfläche zu ermöglichen und zu untersuchen.[5] Eine Anwendung für den molekularen Schalter wäre die Verwendung als aktives Sensormaterial um aromatische Schadstoffe in einem CC-FET (capacitively controlled field effect transistor) /Kelvin-Sonden-Aufbau zu quantifizieren. Zudem besitzen Viologene redox-aktive und. herbizide Eigenschaften, die einen solchen Sensor für den Einsatz in der Ionenchromatographie und als Beschichtung für Elektroden in Redox-Flow-Batterien sehr interessant machen. Darüber hinaus ist eine Beschichtung mit den zu entwickelnden Materialien prinzipiell für die Anwendung als herbizde Oberfläche denkbar.

[1] Hu, J. et. al. Ferrocenyl Derivatives with One, Two, or Three Sulfur-Containing Arms for Self-Assembled Monolayer Formation. J. Org. Chem. 65, 2277–2281 (2000).

[2] Katano, S., et al. Hierarchical chiral framework based on a rigid adamantane tripod on Au(111). J. A. Chem. Soc., 129, 2511–2515 (2007).

[3] Kahlfuss, C. et al. Chemically and electrochemically triggered assembly of viologen radicals: towards multiaddressable molecular switches. Chemistry 21, 2090–2106 (2015).

[4] Barroso-Fernandez, B.,et al. Electrochemical behavior of methyl viologen at graphite electrodes modified with Nafion sol–gel composite. Anal. Chim. Acta 370, 221–230 (1998).

[5] Burgess, M. et al. Impact of Backbone Tether Length and Structure on the Electrochemical Performance of Viologen Redox Active Polymers. Chem. Mater. 28, 7362–7374 (2016).