In this work the electrochemical and spectroelectrochemical properties of a series of pi-conjugated organic polymers were studied. The polymers were deposited on platinum electrodes or ITO-coated glass substrates by potentiodynamic electro-polymerisation of the corresponding monomeric precursor molecules. The electro-chemical and photophysical properties of the triarylborane monomers were studied in detail in order to estimate possible influences on the behaviour of the corresponding polymer. The first part of this work aimed at the synthesis and investigation of conjugated donor–acceptor polymers which combine the prerequisites of an OLED within one material: the transport of positive and negative charges and the formation of emissive excited states. With the carbazole-substituted oxadiazoles 1–3 it was shown that on the one hand the carbazole functionality is suitable for enabling the electrochemical polymerisation of the monomers and on the other hand it facilitates reversible p-doping of the resultant polymers. Although n-doping of poly-1–poly-3 is possible due to the electron-deficient oxadiazole rings, it causes the continuous degradation of these electron-acceptor units. Interestingly, this process does not influence the capability of p-doping of the polymers. With respect to its electrochemical and spectroelectrochemical properties the behaviour of the borane polymer poly-4 is absolutely identical with that of the oxadiazole polymers. Moreover, the optical excitation of poly-4 in the solid state leads to the emission of blue-green light which suggests that this polymer might also possess electroluminescent properties. AFM-measurements of poly-4 films on ITO-coated glass substrates revealed, that the film thickness can be controlled to a certain extent by the number of polymerisation redox cycles. It was shown from the electrochemical and photophysical properties of the triarylboranes 4–6 that the pi–pi-interaction between boron and nitrogen atoms is comparably weak in these molecules. This leads to an unexpected ground-state polarisation with a partially positive boron atom and a partially negative nitrogen atom. Moreover, it was found that TAB 4 possesses a lower symmetry than D3 in solution and that excitation energy can be transferred amongst the three subchromophores of 4. By titration experiments it was also demonstrated that TAB 4 can reversibly bind fluoride ions and that the binding event significantly influences the optical absorption characteristics of the chromophore. It can be assumed, that the above mentioned properties, which have a profound influence on the photophysical behaviour of these triarylborane chromophores, also determine the behaviour of the corresponding polymer in a solid state environment. The aim of the second part of this work was the investigation of purely n-conducting materials based on electron-deficient borane and viologen polymers. The corresponding precursor molecules should be polymerised on platinum electrodes by reductive electropolymerisation. However, a reductive polymerisation was not possible for the borane monomer 19 which is thought to be due to a strong localisation of the unpaired electron on the central boron atom of the radical anion. An electropolymerisation of the cyano-substituted bispyridinio-compound 17 failed because of the poor quality of CN– as a leaving group. Thus, a synthesis of the analogous isomer 18 was developed, in which the cyano-substituents were exchanged by the better leaving group Cl–. The viologen polymer poly-18, which can be regarded as an electron-deficient iso-electronic analogue of poly(para-phenylene), was successfully deposited on a platinum electrode by reductive electropolymerisation of 18. Poly-18 can be reversibly n-doped at comparably low potentials; however, at higher potentials the polymer is overcharged and destroyed irreversibly. As the synthetic strategy for 18 allows the variation of both spacer unit and leaving group in the last two steps of the reaction sequence, a series of analogous compounds can be easily synthesised using this route. / Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die elektrochemischen und spektroelektrochemischen Eigenschaften einer Reihe von pi-konjugierten organischen Polymeren untersucht. Die Polymere wurden durch potentiodynamische Elektropolymerisation der entsprechenden monomeren Vorläufermoleküle auf Platinelektroden bzw. ITO-beschichteten Glassubstraten abgeschieden. Im Falle der Triarylborane wurden die elektrochemischen und photophysikalischen Eigenschaften der Monomere genauer untersucht, um mögliche Einflüsse auf das entsprechende Polymer abschätzen zu können. Der erste Teil dieser Arbeit zielte auf die Synthese und Untersuchung von konjugierten Donor-Akzeptor-Polymeren ab, die die Grundvoraussetzungen für OLEDs in einem Material vereinen: den Transport von positiven und negativen Ladungen sowie die Bildung von emittierenden angeregten Zuständen. Anhand der Carbazol-substituierten Oxadiazole 1–3 konnte gezeigt werden, dass die Carbazol-Funktionalität einerseits geeignet ist eine elektrochemische Polymerisierbarkeit der Monomere zu gewährleisten und andererseits eine reversible p-Dotierung der resultierenden Polymere möglich macht. Eine n-Dotierung der Polymere poly-1–poly-3 ist aufgrund der elektronenarmen Oxadiazol-Ringe zwar möglich, führt aber zum schrittweisen Abbau dieser Akzeptor-Eiheiten. Interessanter-weise lassen sich die Polymere aber weiterhin p-dotieren. Hinsichtlich seiner elektrochemischen und spektroelektrochemischen Eigen-schaften weißt das Boran-Polymer poly-4 ein zu den Oxadiazol-Polymeren absolut identisches Verhalten auf. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die optische Anregung von poly-4 im Festkörper zur Emission von blau-grünem Licht führt, was die Vermutung nahe legt, dass dieses Polymer auch elektrolumineszierende Eigenschaften besitzen könnte. AFM-Messungen an Filmen von poly-4 auf ITO-beschichteten Glassubstraten ergaben weiterhin, dass sich die Schichtdicke des Polymers durch die Anzahl der Polymerisationszyklen in einem gewissen Bereich einstellen lässt. Anhand der elektrochemischen und photophysikalischen Eigenschaften der Triarylborane 4–6 konnte gezeigt werden, dass die pi-Konjugation zwischen den Bor- und Stickstoff-Atomen in diesen Molekülen sehr gering ist. Dies führt zu einer ungewöhnlichen Grundzustandspolarisation mit partiell positivem Bor und partiell negativem Stickstoff. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass das Triarylboran 4 in Lösung eine geringere Symmetrie als D3 aufweißt und dass die durch eine optische Anregung aufgenommene Energie entlang der identischen Subchromophore von 4 übertragen werden kann. Durch Titrationsexperimente konnte außerdem gezeigt werden, dass 4 Fluoridionen reversibel binden kann, wobei sich das optische Absoptionsverhalten des Chromophors deutlich ändert. Es kann angenommen werden, dass die genannten Eigenschaften, die sich entscheidend auf das photophysikalische Verhalten dieser Triarylboran-Chromophore auswirken, auch die Eigenschaften des entsprechenden Polymers im Festkörper beeinflussen. Im zweiten Teil dieser Arbeit sollten reine n-Leiter Materialien auf der Basis von elektronenarmen Boran- bzw. Viologen-Polymeren untersucht werden. Die entsprechenden Vorläufermoleküle sollten dabei durch reduktive Elektro-polymerisation auf Platinelektroden polymerisiert werden. Im Falle des Boran-Monomers 19 war eine reduktive Polymerisation nicht möglich, was vermutlich auf eine starke Lokalisierung des ungepaarten Elektrons auf dem zentralen Boratom des Radikalanions zurückzuführen ist. Bei der Cyano-substituierten Bispyridinio-Verbindung 17 scheiterte eine reduktive Elektro-polymerisation an der schlechten Qualität von CN– als Abgangsgruppe. Daher wurde eine Synthese für das analoge Isomer 18 entwickelt, bei dem die Cyano-Substituenten gegen die bessere Abgangsgruppe Cl– ausgetauscht wurden. Durch reduktive Elektropolymerisation von 18 konnte das entsprechende Viologen-Polymer, welches als elektronenarmes isoelektronisches Analogon zu Poly(para-phenylen) angesehen werden kann, auf einer Platinelektrode abgeschieden werden. Das Viologen-Polymer poly-18 kann bereits bei relativ niedrigen Potentialen reversibel n-dotiert werden, bei zu hohen Potentialen wird das Polymer jedoch überladen und irreversible zerstört. Da es die für 18 verwendete Synthesestrategie erlaubt, sowohl die Spacereinheit als auch die Abgangsgruppe in den letzten zwei Reaktionsschritten zu variieren, sind auf diesem Weg weitere analoge Verbindungen leicht zugänglich.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:1451 |
| Date | January 2005 |
| Creators | Stahl, Rainer |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0034 seconds