Functional reversible switches based on imine-derived self-assembled monolayers on gold

Abstract

In dieser Doktorarbeit wurden verschiedene konjugierte Iminverbindungen wie N-benzylidenanilin und iminfunktionalisierte Thiole erfolgreich dargestellt. Deren reversible lichtinduzierte Z/E Isomerisierung wurde detailliert in drei unterschiedlichen Systemen (Lösung, in SAMs auf konvexen Oberflächen auf Goldnanopartikel und in SAMs auf planaren Goldoberflächen) untersucht. In einigen Fällen konnte ein effektives Schalten gezeigt werden. Zusammenfassend wurde bestätigt, dass Iminderivate mit unterschiedlichen Endgruppen nicht nur auf Goldnanopartikeln sondern auch auf planaren Goldoberflächen hergestellt werden konnten. Zusätzlich ist ein neuer Ansatz etabliert worden, der erfolgreich die Vorteile der in-situ Hydrolyse von der Imindoppelbindung ausnutzt, um gemischte SAMs bestehend aus zwei Komponenten mit kontrollierbaren Oberflächendichten zu konstruieren. Obwohl ein Schalten solch verdünnter Oberflächen immer noch eine Herausforderung ist, wurde ein schneller, effektiver und reversibler licht-induzierter Schaltprozess auf Goldnanopartikeln gezeigt, was potenzielle Anwendung im Design schaltbarer Oberflächeneigenschaften haben kann. Desweiteren erweist sich die grundlegende Erforschung der thermischen Relaxation von Iminderivaten vorteilhaft für die weitere Optimierung schaltbarer Systeme und daher für eine Steigerung der Effektivität der Photoisomerisierung auf Oberflächen.

In this thesis, several conjugated imine compounds, such as N-benzylideneaniline, and imine-functionalized free thiols were successfully synthesized. Their reversible photo-responsive Z/E isomerization has been investigated in detail in three different environments: in solution, in SAMs on convex surfaces of gold nanoparticles, and in SAMs on planar gold surfaces. In some cases, effective switching was finally achieved. It has been corroborated that imine derivatives with different terminal groups could be well fabricated on not only gold nanoparticles but also planar gold surfaces. Additionally, a novel approach taking advantage of in-situ hydrolysis of imine double bond was introduced successfully to construct the mixed SAMs consisting of two components with the controllable surface densities. Although switching of such dilute SAMs still remains a challenge a rapid and effective reversible photo-induced switching process was shown on gold nanoparticles, which might have a potential application in the design of switchable surface properties. Furthermore, the fundamental research about thermal relaxation of imine compounds beneficial for further optimization the switching system and thus for a better achieving of the photoisomerization on the surfaces more effectively.