Synthese und Charakterisierung neuartiger Graphennanostreifen und Graphenmoleküle mit Armlehnen- und Zickzack-Kanten
Date issued
Authors
Editors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
License
Abstract
Die vorliegende Arbeit widmet sich der Synthese und Charakterisierung von Graphenausschnitten in Form von Graphennanostreifen und kleinen Graphenmolekülen. Aufgrund ihrer definierten Form und der Randstruktur weisen diese im Gegensatz zu Graphen eine endliche Bandlücke auf.
Im ersten Kapitel wird zunächst die „Bottom-up“-Synthese eines Armlehnen-Graphennanostreifens (AGNR) mit einer Breite von neun Kohlenstoffatomen ausgehend von einem neuartigen o-Terphenyl-Monomer vorgestellt. Die beiden Schlüsselschritte stellten dabei die Polymerisation zum Poly-para-phenylen-vorläufer und dessen anschließende Cyclodehydrierung auf einer Gold(111)-Oberfläche dar. Der resultierende GNR konnte mittels Rastertunnelmikroskopie (STM) und nicht-Kontakt-Rasterkraftmikroskopie (nc-AFM) visualisiert werden und der präzise Einbau eines jeden Atoms des Monomers verifiziert werden. Über Rasterkraftspektroskopie (STS) konnte eine geringe Bandlücke von 1.4 eV festgestellt werden. Ausgehend von diesem neuen Konzept zur Synthese von defektfreien GNRs konnten erstmals Feldeffekttransistoren (FETs) mit hoher Effizienz und hohem An/Aus-Verhältnis realisiert werden, welche die Werte für top-down-GNRs deutlich übertreffen. Weiterhin wurde eine Modellverbindung als kleiner Ausschnitt eines 9-AGNRs synthetisiert und charakterisiert, welche demonstrierte, dass die oxidative Cyclodehydrierung auch im Labormaßstab durchführbar ist.
Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurde ein Synthesekonzept entwickelt, welches die bisher nicht mögliche Darstellung von Graphennanostreifen mit reinen Zickzack-Kanten (ZGNRs) zum Ziel hatte. Nach erfolgreicher Synthese verschieden substituierter Monomere mit Benzo[m]tetraphen-Grundgerüst konnten diese unter Ultrahochvakuum-Bedingungen zunächst polymerisiert und anschließend Planarisiert werden. Die erhaltenen hochreaktiven ZGNRs wurden ebenfalls via nc-AFM und STM visualisiert und deren Randzustände mit Hilfe von STS charakterisiert. Desweiteren konnte das entwickelte Syntheseprotokoll auf die Herstellung eines HBC-Derivats mit vier K-Regionen angewendet und modifiziert werden. Der erhaltene Ausschnitt eines 6-ZGNRs konnte über Massenspektrometrie, FTIR-, Raman- und UV/Vis-Spektroskopie analysiert und charakterisiert werden.