Einzelmolekülspektroskopische Untersuchungen von konjugierten Polymerketten und von einer multichromophoren Modellverbindung bei tiefen Temperaturen

Abstract

Die konjugierten Polymere Poly[2-methoxy-5-(2’-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylenvinylen] (MEH-PPV) und Poly[ladder-type Penta-p-phenylen] (LPPentP) sowie ein mit 6 Perylenmonoimid-Einheiten substituiertes Hexa-peri-hexabenzocoronen (HBC-6PMI) wurden mithilfe der Einzelmolekülspektroskopie bei 1,2 K untersucht. Mit dieser Methode können einzelne Chromophore spektral unterschieden und ihre rein elektronischen Übergänge (Nullphononenlinien) untersucht werden. In Anregungsspektren konnten bei allen Verbindungen Donorchromophore beobachtet werden, bei denen die Breiten der Nullphononenlinien Zugang zu Energietransferzeiten bieten. Im Falle des MEH-PPV wurde für kurze Ketten eine Energietransferzeiten-Verteilung erhalten, die sich mit jener deckt, die bei langen Ketten für eine niederenergetische Subpopulation der Chromophore berichtet worden war. Interessant ist diese Übereinstimmung, weil bei kurzen Ketten der Energietransfer höchstwahrscheinlich nicht through-space, sondern zwischen benachbarten Chromophoren entlang der Kette abläuft. Weiterhin lieferte die polarisationsabhängige Anregungsspektroskopie Informationen über die Konformation einzelner Polymerknäuel. Bei LPPentP wurde in Emissionsspektren eine Linienverbreiterung quantifiziert, die bereits in schwächerer Form in Anregungsspektren beobachtet worden war. Dies lässt auf einen Einfluss der Messdauer und somit auf spektrale Diffusion als dominierender Linienverbreiterungsmechanismus schließen. Darüber hinaus erhärtete die Analyse von Anregungs-Nullphononenlinien die Annahme eines Energietransferbeitrags zur Linienbreite von Donorchromophoren. Bei HBC-6PMI wurden selektiv entweder der HBC-Kern oder die PMI-Chromophore angeregt und so die Triplettlebensdauer des HBC-Kerns und die Energietransferzeiten des Transfers zwischen den PMI-Einheiten untersucht.

The conjugated polymers poly[2-methoxy-5-(2’-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV) and poly[ladder-type penta-p-phenylene] (LPPentP) and six-fold perylenemonoimide-substituted hexa-peri-hexabenzocoronene (HBC-6PMI) were studied by single-molecule spectroscopy at 1.2 K. Using this method, individual chromophores can be distinguished spectrally and purely-electronic transitions (zero-phonon lines) can be observed. Excitation spectroscopy gave access to donor chromophores in all compounds studied. Their corresponding line-widths enabled the determination of energy-transfer times. In the case of MEH-PPV, a distribution of energy-transfer times was obtained for short chains. This distribution is in agreement with one already determined for a low-energy subpopulation of chromophores of long chains. Remarkably, for short chains energy transfer most probably occurs between adjacent chromophores through-bond and not through-space. Moreover, polarisation-dependent excitation spectroscopy yielded information about the conformation of individual chains. Concerning LPPentP, emission spectra allowed quantification of a line-broadening mechanism, which had been observed in minor extent in excitation spectra. This points to an influence of integration time and hence spectral diffusion as dominant line-broadening mechanism. Furthermore, the analysis of zero-phonon lines in excitation corroborated the existence of an energy-transfer contribution to the donor line-widths. In HBC-6PMI the selective excitation of either the HBC-core or the PMI-chromophores enabled investigations of the HBC triplet-lifetime or the PMI-PMI energy transfer.