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Synthetische Nanoskalige Objekte: Bausteine für funktionale Materialien und Funktionseinheiten

English title Synthetic Nanoscale Objects: Building Blocks for Functional Materials and Devices
Applicant Mayor Marcel
Number 207744
Funding scheme Project funding
Research institution Departement Chemie Universität Basel
Institution of higher education University of Basel - BS
Main discipline Organic Chemistry
Start/End 01.04.2022 - 31.03.2026
Approved amount 1'479'951.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Organic Chemistry
Physical Chemistry

Keywords (6)

Molecular Device; Mechanosensitivity; Macrocycles; Molecular Textile; Carbon Nanotubes; Chiral Model Compounds

Lay Summary (German)

Lead
In diesem Forschungsprojekt werden aus dem Alltag bekannte Formen und Objekte als Moleküle realisiert. In Analogie zur makroskopischen Welt, werden auch Eigenschaften und Funktionen von Molekülen durch ihre Formen und Anordnungen bestimmt, so dass der Zusammenhang zwischen Form und Verhalten im Zentrum des Interessens steht. Das Programm reicht von helikalen Strukturen, über mechanisch ansprechbare Moleküle bis zu Ansätzen gewobene Stoffe aus molekularen Strängen zu realisieren.
Lay summary

Das Forschungsprogramm ist in fünf Zielsetzungen unterteilt.

(I) Im ersten Teil werden sogenannte Geländer-Moleküle entworfen, hergestellt und untersucht. Inspiriert durch die helikale Anordnung des Geländers eine Wendeltreppe, werden längere Molekülstränge um eine steife Achse gewickelt. Von grossem Interesse ist neben der Stabilität der Anordnung vor allem die optischen Eigenschaften dieser Verbindungsklasse.

(II) Ein zweites Ziel sind mechanisch manipulierbare Strukturen. Dabei werden zwei Ebenen über drehbar montierte Abstandshalter verbunden, so dass ihre relative Anordnung und der Abstand zwischen den Ebenen von aussen verändert werden können. Im Speziellen können diese Modellverbindungen zwischen in ihrem Abstand manipulierbaren Elektroden eingeklemmt werden, so dass vor allem der Einfluss der mechanischen Manipulation auf den Stromfluss durch die Struktur studierte werden kann.

(III) Im dritte Unterprogramm werden Moleküle entwickelt die an einen Looping erinnern. Auch diese sollen im Verlauf des Programms zwischen Elektroden eingeklemmt werden, wobei vor Allem der Einfluss eines angelegten magnetischen Feldes auf den Stromfluss untersucht werden soll.

(IV) Die vierte Aktivität ist im Wesentlichen ein nasschemischer Ansatz zur kontrollierten Herstellung einer Kohlenstoffnanoröhre. Während derartige Röhren äusserst vielversprechende mechanische und elektronische Eigenschaften haben, werden sie bisher als wilde Mischung hergestellt und anschliessend in aufwendigen Verfahren bezüglich Eigenschaften wie Dicke, Länge, Helizität, etc. getrennt.

(V) Das fünfte Programm befasst sich mit der Herstellung eines molekularen Gewebes. Dabei sollen lange Polymerstränge wie ein Stoff miteinander verwoben werden. Der Ansatz basiert nicht auf dem Verweben der Stränge, vielmehr wird versucht Gewebekreuzungen als Bausteine herzustellen und derart kontrolliert anzuordnen, dass sie zum fertigen Gewebe miteinander verknüpft werden können.

Direct link to Lay Summary Last update: 30.03.2022

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
178808 Synthetische Nanoskalige Objekte - Bausteine von funktionalen Materialien und von Funktionseinheiten 01.04.2018 Project funding
182895 NCCR MSE: Molecular Systems Engineering (phase II) 01.07.2018 National Centres of Competence in Research (NCCRs)

Abstract

The proposal follows the SNF advice of a single project per applicant in division II. It is divided in five subprojects, each being the subject of a PhD thesis. In spite of the different research targets, they have enough overlap enabling the fruitful exchange of knowledge and mutual developments required to build up a joint group identity. All five projects focus on current challenges in nanotechnology, molecular devices, and supramolecular materials, which are addressed by novel strategies and innovative molecular designs of functional structures. The five subprojects are briefly described in the following: (I) «Geländer»-molecules and helical architectures: «Geländer»-molecules consist of two periodically interlinked oligomers which compensate their length mismatch by wrapping the longer one helically around the shorter one, resembling the shape of the banister (Geländer in German) of a spiral staircase. The here promoted new designs profit from right-angled connections resulting in a simplified symmetry of the building blocks which should make longer oligomers synthetically accessible. A second strategy based on o-tetraphenylene building blocks is geared towards helical «plait»-type oligomers. (II) mechanosensitive model compounds for molecular junctions are based on cyclophane-type architectures enabling to tune the extent of the coupling between their subunits mechanically. With small [2.2]paracyclonaphthane derivatives the effect of torque motion shall be explored, while a polycyclic porphyrin hexamer will be assembled with two stacked states with large difference in their expansion. Based on a «upended» porphyrin type structure, even the coupling of the single electrons of two parallel radical planes might be investigated. (III) B-field sensitive macrocyclic model compounds are loop-shaped macrocycles consisting of a conjugated periphery decorated with terminal anchor groups enabling their integration in single molecule junction experiments. The intention is to detect the contribution of the Lorentz force to the molecules transport current. With a compact and twisted OPE type macrocycle, the axial chirality of the immobilized structure might become specifiable in the transport experiment. (IV) synthesis of an armchair carbon nanotube (CNT) is an interesting synthetic strategy for the controlled wet chemical assembly of an armchair CNT. A belt fragment of a CNT shall be obtained from a macrocycle by a reaction sequence, which can subsequently be repeatedly applied to control the length of the CNT. (V) approaches towards molecular textiles are based on the development of a cross-type junction acting a covalent template arranging the precursors at the water/air interface. Upon interlinking within the LB-film and cleavage of the template, textile-type interwoven molecular films should be obtained. The potential of the cross-type junction for superstructures will be investigated as well.
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