Nowe nanomateriały dla organicznej elektroniki z grupy tiofenów i politiofenów : otrzymywanie i badanie właściwości

Abstract

Celem nadrzędnym niniejszej pracy było otrzymywanie nowych nanomateriałów molekularnych i polimerowych o zaprojektowanych właściwościach fizycznych (optycznych oraz elektrycznych) będących pochodnymi 2,2’-bitiofenu. Pochodne te, zarówno polimerowe jaki i molekularne należą, w ogólności, do nanomateriałów czyli materiałów, których właściwości mogą być projektowane i modyfikowane na etapie pojedynczych molekuł i makromolekuł. Pierwszym etapem realizacji pracy było opracowanie metod wytwarzania w skali gramowej, a następnie technologii w skali kilogramowej i większej podstawowych układów bitiofenowych; w dalszym etapie z tych wyjściowych układów wytworzone zostały nonomateriały i polimery (w przypadku gdy nanomateriał był jednocześnie monomerem polimerów przewodzących). Technologie wytwarzania półproduktów do syntezy nanomateriałów opracowano we współpracy z Syntall Chemicals z Gliwic (efektem są wspólne zgłoszenia patentowe). Wszystkie materiały, które zsyntezowałem to związki, których strukturę można ogólnie przedstawić wzorami: bt-A i bt-A-bt, gdzie bt jest podstawnikiem 2,2’-bitiofen-5-ylowym, zaś rolę fragmentu A pełnią: proste układy węglowodorowe (np. etynyl czy etenyl), grupy arylowe (np. fenyl, 9-antracenyl), czy wreszcie heteroarylowe (grupy dihydroizoksazolowe i izoksazolowe). Druga część mojej dysertacji miała już charakter czysto fizykochemiczny, tj przeprowadziłem badania elektrochemiczne i spektroelektrochemiczne nanomateriałów otrzymanych przeze mnie oraz inne grupy badawcze. Ostatecznym efektem pracy było wyselekcjonowanie grupy związków do dalszych badań aplikacyjnych (OLED, fotoogniwa). W związku z powyższym, szczegółowy zakres pracy przedstawiał się zatem następująco: • Opracowanie metod syntezy monopodstawionych (w pozycji 5) pochodnych 2,2’-bitiofenu; • Opracowanie syntezy izoksazolin, w oparciu o N-tlenek 2,2’-bitiofeno-5-karbonitrylu, w reakcji cykloaddycji 1,3-dipolamej; • Przeprowadzenie badań nad aktywowaną wysokimi ciśnieniami reakcją cykloaddycji 1,3-dipolamej trwałych N-tlenków karbonitryli; • Opracowanie metod aromatyzacji izoksazolin do izoksazoli; • Opracowanie syntezy etynylopochodnych (tiofenu, benzenu) w oparciu 0 sprzeganie typu Sonogashiry; • Synteza nanomateriałów typu bt-A, w tym np. kompleksów złota(I); • Opracowanie metod wydzielania wszystkich produktów w formie czystej (tj. umożliwiającej przeprowadzenie elektropolimeryzacji i wykonanie wszystkich niezbędnych analiz); • Opracowanie metod elektropolimeryzacji otrzymanych przeze mnie, oraz przez inne zespoły badawcze, prekursorów politiofenów; • Przebadanie właściwości elektrycznych i optycznych związków; zarówno zsyntezowanych przeze mnie, jak i dostarczonych do badań przez inne zespoły badawcze (m.in. wyznaczenie potencjałów utleniania i redukcji, przerwy energetycznej itd.); • Powiązanie właściwości fizykochemicznych z budową przebadanych molekuł, czyli możliwie szeroka dyskusja relacji struktura a właściwości.