@phdthesis{Pfister2011,
  author    = {Pfister, Johannes},
  title     = {On the correlation between the electronic structure and transport properties of [2.2]paracyclophanes and other aromatic systems},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-65362},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit pr{\"a}sentiert theoretische Untersuchungen zu Energie- und Ladungs-Transporteigenschaften in organischen Kristallen. Kapitel 4 behandelt Exzitonentransport in Anthracen bei dem der Fall einer schwachen Kopplung zwischen den π-Systemen vorliegt. Die elektronische Kopplung wird mit dem „monomer transition density" (MTD) Ansatz berechnet. Aus den Kopplungen und Reorganisationsenergien werden mit der Marcus-Theorie H{\"u}pfraten berechnet. Mit Kenntnis der Kristallstrukturen werden daraus in die experimentell zug{\"a}nglichen Exzitonendiffusionsl{\"a}ngen berechnet, deren isotroper Anteil im Rahmen der Streuung der experimentell zug{\"a}nglichen Daten reproduziert werden. Auch die Anisotropie der Exzitonendiffusionsl{\"a}ngen wird qualitativ und quantitativ im Rahmen der zu erwartenden Messgenauigkeit richtig wiedergegeben. Weiterhin enth{\"a}lt Kapitel 4 Untersuchungen zum Elektronen- und Lochtransport in den zwei verschiedenen Modifikationen (α und β) von Perylen. Reorganisationsenergien sowie Diffusionskonstanten wurden f{\"u}r beide beide Kristallstrukturen und Typen des Ladungstransports berechnet. Den besten Transport stellt dabei Lochtransport in β-Perylen dar, jedoch ist dieser stark isotrop. Die bevorzugte Transportrichtung is entlang der b-Achse der Einheitszelle mit elektronischen Kopplungen von gr{\"o}ßer als 100 meV. Allerdings gibt es hier keinerlei Lochtransport in Richtung der c-Achse. Die Diffusionskonstante in Richtung der b-Achse ist um zwei Gr{\"o}ßenordnungen gr{\"o}ßer als die in c-Richtung (62.7•10-6 m2/s vs. 0.4•10-6 m2/s). Der Ladungstransport wird sowohl f{\"u}r L{\"o}cher, als auch f{\"u}r Elektronen in beiden Perylenmodifikationen immer stark anisotrop berechnet. Um diese Resultate zu verifizieren wurden experimentelle Elektronenmobilit{\"a}ten in α-Perylen mit den Simulationen verglichen. Es stellte sich eine sehr gute {\"U}bereinstimmung heraus mit Fehlern von nur maximal 27\%. Wie oben gezeigt, ist es m{\"o}glich Transporteigenschaften in zwischen schwach wechselwirkenden Systemen zu berechnen und zu messen. Allerdings ist es hier schwierig, die G{\"u}te der zu Grunde liegenden Kopplungsparameter genau anzugeben. Aus diesem Gunde wurde eine Zusammenarbeit {\"u}ber stark wechselwirkede Systeme zwischen uns sowie den Arbeitskreis von Prof. Ingo Fischer begonnen. Dort wurden [2.2]Paracyclophane und dessen Derivate untersucht um zu zeigen, wie Substitution mit Hydroxylgruppen deren Absorptionseigenschaften beeinflusst. Eine Kombination der SCS-MP2 und SCS-CC2-Methoden liefert hierbei insgesamt die besten Ergebnisse um die geometrischen und elektronischen Strukturen f{\"u}r Grund- und angeregte Zust{\"a}nde dieser Modellsysteme sowie deren Stammmolek{\"u}len Benzol und Phenol zu beschreiben. Strukturell weist nur [2.2]Paracyclophan im Grundzustand ein Doppelminimumspotenzial bzgl. Verschiebung und Verdrillung der Benzol/Phenol-einheiten untereinander auf. Alle anderen Systeme sind aufgrund ihrer Substitution weniger flexibel. Fast alle untersuchten [2.2]Paracyclophane zeigen nur geringe Struktur{\"a}nderungen bei der Anregung in den S1 Zustand: Der Abstand zwischen den Ringen wird k{\"u}rzer, aber qualitativ behalten sie ihre Verdrillung und Verschiebung bei, wenn auch das Ausmaß dieser Verzerrungen reduziert wird. Die Ausnahme hierbei ist p-DHPC, welches von einer verschoben Struktur im Grundzustand in eine verdrillte Struktur im angeregten Zustand {\"u}bergeht. Dies hat zur Konsequenz, dass die Intensit{\"a}t des 0-0-{\"U}bergangs aufgrund der Franck-Condon Faktoren f{\"u}r p-DHPC experimentell nicht mehr beobachtet werden kann und von Verunreinigungen durch o-DHPC {\"u}berdeckt wird. Die Strukturen der Paracyclophane und deren {\"A}nderung durch elektronische {\"U}berg{\"a}nge werden in dieser Arbeit durch elektrostatische Potenziale sowie den antibindenen (bindenden) HOMO (LUMO) Orbitalen erkl{\"a}rt. Adiabatische Anregungsenergien wurden mit Nullpunktsschwingungsenergien korrigiert und liefern Genauigkeiten deren Fehler weniger als 0,1 eV betr{\"a}gt. Hierbei ist zu beachten, dass eine Korrektur auf B3LYP Niveau die Ergebnisse verschlechtert und man die Berechnung der Schwingungsfrequenzen auf SCS-CC2 durchf{\"u}hren muss um diese Genauigkeit zu erhalten. Aufgrund dieser Rechnungen wurde eine Interpretation der experimentellen [1+1]REMPI Spektren m{\"o}glich. Bandenprogressionen f{\"u}r die Schwingungen der Verschiebung, der Verdrillung und einer Atmung im [2.2]Paracyclophanskelett wurden identifiziert und zeigen gute {\"U}bereinstimmung zum Experiment. Diese Arbeiten zeigen, dass das Substitutionsschema von [2.2]Paracyclophanen eine erhebliche Auswirkung auf die spektroskopischen Eigenschaften haben kann. Da diese Eigenschaften direkt mit den Transporteigenschaften dieser Materialien verbunden ist, kann das hier gewonnene Verst{\"a}ndnis der spektroskopischen Eigenschaften genutzt werden, um Materialien mit maßgeschneiderten Transporteigenschaften zu designen. Es konnte gezeigt werden, dass die SCS-CC2-Methode sehr gut geeignet ist, die zu Grunde liegende Wechselwirkung zwischen den π-Systemen vorherzusagen.},
  subject      = {Ladungstransport},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Amthor2005,
  author    = {Amthor, Stephan},
  title     = {Redox properties of Bis-Triarylamines and ligand properties of Thianthrenophane},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-15916},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2005},
  abstract  = {The one electron oxidation potential of ten TAAs with all permutations of Cl , OMe- and Me-substituents in the three p-positions were determined by CV. The half wave potential of the first oxidation wave correlates linearly with the number of Cl- and OMe-substituents. AM1-CISD derived values of the absorption energies are in good agreement with the experiments but differ strongly for the oscillator strengths as well as for neutral compounds and their corresponding mono radical cations. The small solvent dependence of the experimental UV/Vis spectra in CH2Cl2 and MeCN reflects a minor charge transfer character of the electronic transitions. The UV/Vis/NIR spectra of the series of TAAs and their corresponding radical cations and the AM1 computations reveal that even small substituents may lead to strong symmetry breaking and to a modified electronic structure. The spectroscopic properties of a series of four bis-TAA donor-bridge-donor X-B-X dimers, composed of two asymmetric TAA chromophores (monomers) were investigated. UV/vis-, fluorescence and transient absorption spectra were recorded and compared with those of the corresponding X-B monomers. The excited states of the dimers are described as MV states which show, depending on the chemical nature of the bridge, a varying amount of interactions. It was found that superradiant emission only proceeds in the case of weak and medium coupling. Whether the first excited state potential energy surface of the dimers is a single minimum or a double minimum potential depends on the solvent polarity and the electronic coupling. In the latter case, the dimer relaxes in a symmetry broken CT state. The [2.2]paracyclophane bridged dimer is an example for a weakly coupled system, because the spectroscopic behavior is very similar to the corresponding p xylene monomer. In contrast, anthracene as well as p-xylene bridges mediate a stronger coupling and reveal a significant cooperative influence on the optical properties. A series of [2.2]paracylophane bridged bis-TAA MV radical cations X-B-X+ were analyzed by a GMH three-level model which takes two transitions into account: the IV-CT band and the bridge band. From the GMH analysis, one can conclude that the [2.2]paracyclophane moiety is not the limiting factor which governs the intramolecular charge transfer. The electronic interactions are of course smaller than direct conjugation but from the order of magnitude of the couplings of the [2.2]paracyclophane MV species it can be assumed that this bridge is able to mediate significant through-space and through-bond interactions. From the exponential dependence of the electronic coupling V between the two TAA localized states on the distance r between the two redox centers, it was inferred that the HT proceeds via superexchange mechanism. The analysis reveals that even significantly longer conjugated bridges should still mediate significant electronic interactions, because the decay constant of a series of conjugated MV species is small. The absorption properties of a series of bis-TAA-[2.2]paracyclophane dications X+-B-X+ were presented. The localized and the CT transitions of these dications are explained and analyzed by an exciton coupling model which also considers the photophysical properties of the monomeric TAA radical cations. Together with AM1-CISD calculated transition moments, experimental transition moments and transition energies of the bis-TAA dications were used to calculate electronic couplings by a GMH approach. These couplings are a measure for interactions of the excited MV CT states. The modification of the diabatic states reveals similarities of the GMH three-level model and the exciton coupling model. Comparison of the two models shows that the transition moment between the excited mixed-valence states of the dimer equals the dipole moment difference of the ground and the excited bridge state of the corresponding monomer. Thianthrenophane (1) has a cavity which offers enough room to potentially enable endohedral coordination to small ions or molecules. For the complexation of silver(I) perchlorate, the complex stability constants of thianthrenophane logK1=5.45 and of thianthrene logK2=9.16 were determined by UV/Vis titration. Single competition transport experiments with ten metal salts demonstrate a very high selectivity of thianthrenophane as a carrier for silver(I) and a distinctly higher transport rate compared to carriers such as thianthrene and 14-ane-S4. Although the X-ray crystal structure analysis of the polymeric [Ag(1)]ClO4 shows an exohedral coordination to silver(I), the formation of an endohedral [Ag(1)]+ complex is suggested to be the explanation for the unusual carrier selectivity of silver(I) by 1 in bulk liquid membrane.},
  subject      = {Triarylamine},
  language  = {en}
}