Dokument: Influence of complex environments on the photophysical properties of organic chromophores

Titel:	Influence of complex environments on the photophysical properties of organic chromophores
Weiterer Titel:	Einfluss komplexer Umgebungen auf die photophysikalischen Eigenschaften organischer Chromophore
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=67997
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20250110-100938-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Hede, Simon [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 45,43 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 18.12.2024 / geändert 18.12.2024
Beitragende:	PD Dr. Weingart, Oliver [Gutachter] Prof. Dr. Janiak, Christoph [Gutachter]
Stichwörter:	Theoretical chemistry, material chemistry, chemistry
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	In this thesis, a protocol to compute the photophysical properties of chromophores within complex solid state embedding was established and validated. The protocol involves plane wave calculation of experimentally obtained crystal structures and subsequent QM/MM calculations centred on one or multiple chromophores. The use of a QM/MM scheme allows the inclusion of explicit surroundings that would be impossible to study solely relying on quantum mechanical based methods. The first study was conducted on the effect of three different environments on the MIA chromophore, involving the MIA organic single crystal and two MOFs. This experiment illustrated the significance of including inter-molecular interactions to describe electronic properties in a condensed medium. In the MIA single crystal, the first excited state corresponds to a charge transfer between neighbouring MIA molecules, while both MOF structures basically prevent aggregation and interaction of chromophores by isolating them. A second study was conducted on three different (co-)crystals based on a flavin derivative. The co-crystals modify the emission wavelength of the flavine. The performed QM/MM computations could explain the reasons behind experimentally observed blue-shifts in emission. The distance between the molecules involved in the charge transfer has a major effect: the larger the distance, the more the emission shifts to smaller wavelengths. The type of in-plane neighbours also weakly affects the emission. In the third study, three phenazine derivatives were investigated as potential TADF emitters in solvent and in their own single crystal. Calculations on these models were at first performed using standard methods but led to inadequate results. By introducing vibrational effects into the calculation, I was able to identify TADF in two of the three molecules, matching the experimental observations. The difference between solvent and crystalline medium on the TADF properties could also be assessed. The last study presented in this thesis aimed at investigating singlet fission in pentacene and TIPS-pentacene in their single crystal environment. The application of the here established protocol helped in identifying the mechanism of the singlet fission process, which was only achievable due to detailed description of the crystal embedding. In dieser Arbeit wurde ein Protokoll zur Berechnung der photophysikalischen Eigenschaften von Chromophoren in komplexen Festkörpereinbettungen erstellt und validiert. Das Protokoll umfasst die Berechnung von ebenen Wellen experimentell erhaltener Kristallstrukturen und anschließende QM/MM-Berechnungen, die sich auf einen oder mehrere Chromophore konzentrieren. Die Verwendung eines QM/MM-Schemas ermöglicht die Einbeziehung expliziter Umgebungen, die allein mit quantenmechanischen Methoden nicht untersucht werden könnten. Die erste Studie befasste sich mit der Auswirkung dreier verschiedener Umgebungen auf den MIA-Chromophor, wobei der organische MIA-Einkristall und zwei MOFs beteiligt waren. Dieses Experiment veranschaulichte die Bedeutung der Einbeziehung intermolekularer Wechselwirkungen zur Beschreibung elektronischer Eigenschaften in einem kondensierten Medium. Im MIA-Einkristall entspricht der erste angeregte Zustand einem Ladungstransfer zwischen benachbarten MIA-Molekülen, während beide MOF-Strukturen die Aggregation und Wechselwirkung von Chromophoren grundsätzlich verhindern, indem sie diese isolieren. Eine zweite Studie wurde an drei verschiedenen (Co-)Kristallen auf Basis eines Flavin-Derivats durchgeführt. Die Co-Kristalle verändern die Emissionswellenlänge des Flavins. Die durchgeführten QM/MM-Berechnungen konnten die Gründe für die experimentell beobachteten Blauverschiebungen in der Emission erklären. Der Abstand zwischen den an der Ladungsübertragung beteiligten Molekülen hat einen großen Einfluss: Je größer der Abstand, desto stärker verschiebt sich die Emission zu kleineren Wellenlängen. Auch die Art der Nachbarn in der Ebene beeinflusst die Emission nur schwach. In der dritten Studie wurden drei Phenazinderivate als potenzielle TADF-Emitter in Lösungsmittel und in ihrem eigenen Einkristall untersucht. Die Berechnungen an diesen Modellen wurden zunächst mit Standardmethoden durchgeführt, führten jedoch zu unzureichenden Ergebnissen. Durch die Einführung von Schwingungseffekten in die Berechnung konnte ich TADF in zwei der drei Moleküle identifizieren, was den experimentellen Beobachtungen entspricht. Der Unterschied zwischen Lösungsmittel und kristallinem Medium in Bezug auf die TADF-Eigenschaften konnte ebenfalls beurteilt werden. Die letzte in dieser Arbeit vorgestellte Studie zielte auf die Untersuchung der Singulettspaltung in Pentacen und TIPS-Pentacen in ihrer Einkristallumgebung. Die Anwendung des hier festgelegten Protokolls half bei der Identifizierung des Mechanismus des Singulettspaltungsprozesses, was nur aufgrund einer detaillierten Beschreibung der Kristalleinbettung möglich war.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	10.01.2025
Dateien geändert am:	10.01.2025
Promotionsantrag am:	16.10.2024
Datum der Promotion:	16.12.2024