Unraveling the timescale of the structural photo-response within oriented Metal-Organic Framework films

In der Natur werden viele Prozesse durch lichtgesteuerte Kommunikation kontrolliert, welche durch ein lichtaktives Molekül initiiert wird und auf die eine strukturell sich verändernde Matrix antwortet (Wirtstruktur). Für synthetische, auf Licht ansprechende Materialien bleibt es jedoch ein erhebliches Hindernis solche Gast-Wirt-Systeme herzustellen und somit auch die Möglichkeit, ferngesteuerte und räumlich kontrollierte Lichtreaktionen in diesen Materialien zu induzieren. Dieser Versuch wird für Festkörpersysteme noch schwieriger, was folglich die Anzahl von synthetischen und fotoschaltbaren Systemen im Festkörper begrenzt. Dennoch ist es die vielgewünschte drahtlose und nicht-invasive Arbeitsweise von Fotoschaltsystemen im Festkörper, welche für die Entwicklung verschiedener vielversprechender Anwendungen dringend benötigt werden, insbesondere im medizinischen und pharmazeutischen Bereich. Die vorliegende Arbeit demonstriert ein solches Festkörper-Modellfilmsystem basierend auf einer mit Azobenzen infiltrierten metallorganischen Gerüststruktur, DMOF-1, die bei Bestrahlung mit Licht eine strukturelle Veränderung erfährt. Die Grundlage dieser Arbeit ist die Herstellung eines Systems, das eine strukturell flexible Umgebung innerhalb des zinkbasierten Gerüsts bereitstellt, welche auf die Isomerisierung des Azobenzenmoleküls innerhalb seiner Poren reagiert. Dazu wurde im ersten Schritt mittels einer reproduzierbaren Herstellungstechnik das Wachstum und die Orientierung des DMOF-1-Filmsystems mittels Röntgenbeugung (XRD) und Weitwinkel-Röntgenstreuung (GIWAXS) untersucht. Durch spektroskopische und gravimetrische Techniken wurde die Azobenzeninfiltration innerhalb der Poren der DMOF-1-Filmstruktur bestätigt. Die Hauptergebnisse dieser Arbeit beziehen sich auf die Strukturdynamik des kristallinen DMOF-1-Filmsystems, die durch den Azobenzenisomerisierungsprozess ausgelöst wird, welche bisher auf dem Gebiet der fotoschaltbaren MOF (Film)-Systeme nicht untersucht wurden. Erstmals wird ein experimenteller Ansatz vorgestellt, um solche Systeme mit einem lasergestützten GIWAXS-Aufbau zur Aufklärung der lichtinduzierten Veränderungen in der kristallinen MOF-Struktur zu untersuchen. Zusammen mit spektroskopischen Messungen wurde dieses Wissen bezüglich der Strukturdynamik auf molekularer Ebene kombinieren. Die in dieser Dissertation berichteten Ergebnisse geben überdies einen Einblick wie die durch Licht ausgelösten Prozesse in kristallinen MOF-Filmsystemen kontrolliert werden können. Die vorliegenden Ergebnisse werden zu einem tieferen Verständnis der komplexen Dynamik in kristallinen lichtaktiven Systemen beitragen, die zudem von entscheidender Bedeutung sind für die Entwicklung neuartiger lichtgesteuerter Geräte, welche schließlich einfach durch Sonnenlicht betrieben werden können.