Nanographen mit Hunger auf Elektronen

Der Laie sieht einen dunkel-violetten Fest­stoff, der über keine sonder­lich spek­ta­ku­lären Eigen­schaften zu ver­fügen scheint. Der Experte hin­gegen freut sich über ein Nano­graphen-System mit 64 Kohlen­stoff­atomen in seinem Zentrum, das sich durch eine Armut an Elek­tronen aus­zeichnet. Forschern der Uni Würz­burg ist es jetzt ge­lungen, ein solches System erst­mals zu syn­the­ti­sieren und in seiner Struktur zu analy­sieren.

Eine Pyrenvorstufe erweitert um vier Naphtalimide bilden das neue Molekül, das in seinem Kern 64 sp2-hybri­di­sierte Kohlen­stoff­atome trägt. In diesem Zentrum liegen die Atome flach neben­ein­ander und bilden eine Ebene. Erst an seinem Rand, wo die Seiten­ketten an­setzen, nimmt die Dicke zu. Etwas mehr als einen Nano­meter beträgt seine Kanten­länge. „Es ist uns damit ge­lungen, eines der größten elek­tronen­armen Mole­küle zu syn­the­ti­sieren“, erklärt Sabine Seifert von der Uni Würz­burg. Ver­gleich­bare Synthese­wege gebe es bis­lang nur wenige, so die Dokto­randin. „Und die Syn­these­methode, bei der zehn Kohlen­stoff-Kohlen­stoff-Bindungen auf einmal ge­knüpft werden, ist eben­falls neu und könnte sich als weg­weisend für die Her­stellung einer neuen Mate­rial­klasse poly­zyklischer Aromaten erweisen“, fügt ihr Gruppen­leiter Frank Würthner hinzu.

Die Elektronenarmut hat zur Konsequenz, dass das neue Molekül die Tendenz hat, weitere Elek­tronen auf­zu­nehmen. Bis zu vier davon kann es sich ein­ver­leiben, konnte Seifert zeigen. Damit ist es für die orga­nische Elek­tronik inte­ressant. Als orga­nischer Halb­leiter könnte es den Elek­tronen­trans­port über­nehmen und neue Ein­satz­gebiete eröffnen.

Einen neuen Syntheseweg entdecken und anschließend die Struktur und die Eigen­schaften des so syn­the­ti­sierten Mole­küls auf­schlüsseln: Das ist das Ziel der Zusammen­arbeit in dem Gradu­ierten­kolleg 2112, das im vergan­genen Herbst an der Uni Würz­burg gestartet ist. In dessen Mittel­punkt stehen zwar Bi­radikale, also Mole­küle mit zwei unge­paarten Elek­tronen. Denen kommt das neue Nano­graphen-System aller­dings ziem­lich nahe, wenn man es nur mit zwei Elek­tronen auf­lädt. Es könnte aber auch Tri- und Tetra­radikale möglich machen und damit bereits über die Ziel­setzung des Gradu­ierten­kollegs hinaus­gehen.

JMU / RK