Studies towards Reductive Aromatizations of Polyaromatic Hydrocarbons and Synthesis of Precursors for on-Surface Synthesis of Nanographenes

Table of Contents: Polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) sind von großem Forschungsinteresse, da sie vielseitige technische Anwendungen finden. So finden PAKs schon heute ihren Einsatz in organischen Solarzellen (OSCs), organischen Feldeffekttransistoren (OFETs) und organischen Leutdioden (OLEDs). Gerade im Hinblick auf die Miniaturisierung elektronischer Bauteile kommt ihnen zunehmend auch eine großtechnische Bedeutung zu. Für einen optimalen Einsatz entscheidend sind vor allem maßgeschneiderte Eigenschaften wie eine genau definierter (optischer) HOMOLUMO Abstand oder möglichst hohe Fluoreszenzquantenausbeuten bei möglichst schmalbandiger Emission. Das wirkungsvollste Werkzeug um diese Eigenschaften präzise einstellen zu können, ist die chemische Funktionalisierung. Der erste Teil dieser kumulativen Dissertation befasst sich mit der reduktiven Funktionalisierung von polyaromatischen Kohlenwasserstoffen. Diese bisher in der Literatur nur in wenigen Beispielen beschriebene Herangehensweise geht von einer einstufigen Funktionalisierung oxidativ generierter Vorläufermoleküle unter Verwendung möglichst günstiger und einfach zu handhabender Reduktionsmittel wie beispielsweise Zink aus. Das Ergebnis dieser Strategie sind sind vierfach funktionalisierte, elektronenreiche Ether, Silylether, Pivaloate oder auch Triflate. Als elektronenreiche Gegenstücke zu den in der Literatur vielfach beschriebenen Rylendiimid-Farbstoffen und in Ergänzung zu den ebenfalls photochemisch genauestens untersuchten Pyrenfarbstoffen werden in insgesamt fünf akzeptierten Publikationen die Synthesen und Eigenschaften von funktionalisierten Diazapyrenen, Peropyrenen und ihren höheren homologen Terropyrenen und Quarterropyrenen sowie Violanthrene diskutiert. Zusätzlich wird eine materialchemische Anwendungsperspektive für die Synthese von (N-dotierten) kohlenstoff Nanopartikeln vorgestellt. Über UV-Vis und Photolumineszenz-Spektrometrie sowie Cyclovoltammetrie werden die (opto- )elektronischen Eigenschaften im Zusammenhang mit dem Einfluss der verschiedenen Funktionalisierungen diskutiert. Quantenchemische DFT-Rechnungen werden vergleichend diskutiert und dienen dem tiefergehenden Verständnis der elektronischen Einflüsse der Substitutionen. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden Kooperationsprojekte mit Oberflächenchemikern der Arbeitsgruppe Gottfried et al. vier Publikationen vorgestellt. In den letzten Jahren ist der oberflächengestützte Synthese von Nanographenen und Graphen-Nanobändern eine zunehmende Bedeutung zugekommen. Diese in Lösung oft aufgrund von Schwerlöslichkeit nur unzureichend charakterisierbaren unfunktionalisierten Graphenderivate werden auf Oberflächen synthetisiert und charakterisiert. Dazu werden mit Hilfe geeigneter halogenierter Prekursoren, die im Rahmen dieser Arbeit dargestellt werden sollten, auf einkristallinen Edelmetalloberflächen poröse Nanographene wie Kekulen oder ein C108 Nanographen sowie poröse Graphen-Nanobänder über oberflächengestützte Ullmann Reaktionen und nachfolgenden Cyclodehydrogenierungen hergestellt. Hierbei wird insbesondere der Einfluss der Art der Oberfläche auf die entstehenden Produkte sowie die individuellen elektronischen Eigenschaften der porösen Nanographenstrukturen mittels Analytik auf der Oberfläche (Scaning tuneling spectroscopy (STS), angle resolved photoelectron spectroscopy (ARPES)) diskutiert.