Softlithographische Methoden und deren Anwendung in der Katalysatorforschung und Mikrosystemtechnik

Das Ziel des ersten Teils der Arbeit war das Aufbringen metallischer Kontakte auf organische Monoschichten. Hintergrund ist die Kontaktierung organischer Materialien für die Anwendung in organischen Feldeffekttransistoren (OFETs). Selbst-anordnende Monoschichten (SAMs) stellen ein gutes Modellsystem...

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Main Author: Thomas, Heidi
Contributors: Terfort, Andreas (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2009
Chemie
Subjects:
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Das Ziel des ersten Teils der Arbeit war das Aufbringen metallischer Kontakte auf organische Monoschichten. Hintergrund ist die Kontaktierung organischer Materialien für die Anwendung in organischen Feldeffekttransistoren (OFETs). Selbst-anordnende Monoschichten (SAMs) stellen ein gutes Modellsystem für die Oberfläche organischer Substanzen dar, könnten aber auch selbst in OFETs Anwendung finden. Zur Verbesserung der Kontaktierung sollten die Monoschichten Donor-Kopfgruppen tragen, die mit dem Metall in koordinative Wechselwirkung treten können. Basierend auf chemischen Prozessen, welche bei RT oder wenig höher ablaufen, wurden weitreichende Studien zu verschiedenen Abscheidungsmethoden durchgeführt, wobei die Strukturierung durchgehend auf dem Micro-Contact Printing (µCP) von Nanopartikeln (NP) basierte. Diese Muster sollten mithilfe der chemischen Gasphasen- (CVD) sowie der stromlosen Goldabscheidung (ELD) verstärkt werden. Es stellte sich heraus, dass die CVD keine geeignete Methode zu selektiven Goldabscheidung darstellt, wenn Au-NP verwendet wurden. Bessere Resultate wurden mit Hilfe der ELD erzielt. Mehrere Abscheidungsbäder mit diversen Reduktionsmitteln wurden getestet. Lediglich ein Bad mit konzentrierter Hydroxylaminhydrochlorid-Lösung brachte zufrieden stellende und zumeist selektive Goldabscheidungen. Auch die eingesetzte Au-Verbindung hat einen Einfluss auf die Qualität der abgeschiedenen Goldschichten: Mit HAuCl4 konnten nur sehr raue Schichten erzielt werden, wogegen die Verwendung von Natriumgoldsulfit Schichten bis zu 800 nm Dicke lieferte. Des Weiteren wird die Abscheidung auch durch die Kopfgruppen des SAM sowie die Liganden der NP beeinflusst. Eine Kombination von N-terminierten SAMs und 2-(2-Mercaptoethoxy)ethanol-stabilisierten Au-NP stellte sich als ideal zur Abscheidung von dicken, selektiv abgeschiedenen Goldschichten heraus. Hauptziel des zweiten Teils der Arbeit war, mit Hilfe des µCP cyclovoltammetrische (CV) Mikrosensoren für die Kombinatorik herzustellen. Dazu wurden Arrays aus 16 Sensorfeldern mit interdigitierenden Arbeits- und Gegenelektroden sowie integrierter Pb/PbHPO4-Dünnschicht-Referenzelektroden hergestellt. Mit diesen Sensorarrays wurde die katalysierte Oxidation von 2,6-Di-tert-butyl-phenol (tBuPhe) und 2,3,6-Trimethylphenol (MePhe) zu den entsprechenden Benzochinonen cyclovoltammetrisch verfolgt, da diese elektrochemisch aktiv sind. Die quantitative Messung erfolgte durch die zeitabhängige Zunahme der Peakintensitäten. Als Katalysatoren kam eine Bibliothek aus diversen Salen(artigen)-Komplexen zum Einsatz. Es wurden insgesamt 98 Liganden hergestellt. Für die katalytische Reaktion wurden drei Ansätze untersucht: Zunächst wurden die Salenliganden hergestellt. Für die Katalysen wurden sie in dem entsprechenden Elektrolyten mit dem Metallsalz (Cobalt(II)-Acetat) und den Edukten gemischt und 24 h mit Sauerstoff begast, während der Umsatz gleichzeitig elektrochemisch vermessen wurde. Es konnte gezeigt werden, dass unter diesen Bedingungen die Oxidation von tBuPhe unter Bildung signifikanter Mengen eines Nebenproduktes stattfindet, welches sich auf den Elektroden ablagert und die Messung verfälscht. Für alle Systeme ungeeignet sind zudem Liganden mit mehr als zwei C-Atomen zwischen den N-Atomen des Amins. Zudem konnte gezeigt werden, dass die Katalysator/Substrat-Verhältnisse ebenfalls einen nicht-systematischen Einfluss ausüben: Während im Falle des tBuPhe eine Reduktion der Edukt/Katalysatorverhältnis von 50:1 eine Verschlechterung der Katalyse gegenüber dem Verhältnis von 10:1 bringt, verläuft die Reaktion mit MePhe beim höheren Verhältnis deutlich deutlich glatter. Bei Temperaturerhöhung können mit beiden Edukten Umsätze bis 99% erhalten werden. Der zweite Ansatz war die ex situ-Durchführung der Katalysen in 96-well plates aus Teflon. Die Reaktionsbedingungen waren die gleichen wie bei der Untersuchung mittels CV, allerdings wurde der Umsatz erst nach Abbruch der Reaktion bestimmt. Ein Vorteil war, dass auf diese Weise recht schnell viele verschiedene Metallkomplexe untersucht werden konnten. Neben Co wurden so Mn, Fe, Cu, Pd, W, Mo und V untersucht. Es wurden lediglich (falls überhaupt) stöchiometrische Umsätze erhalten. Es konnte gezeigt werden, dass die Oxidation von Phenolen von verschiedenen Faktoren, wie Temperatur und Konzentration sowohl von Edukt als auch Katalysator abhängt. Diejenigen Komplexe, welche bei einem Edukt/Katalysator-Verhältniss von 50:1 mit tBuPhe (verhältnismäßig) hohe Umsätze erzeugen, tun dies auch mit MePhe. Eine strikte einheitliche Rangfolge gibt es dabei allerdings nicht. Es konnten jeweils Liganden identifiziert werden, die unter den verwendeten Bedingungen höhere Ausbeuten als der Grundkörper, Salen, erbrachten.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2009.0157