Masterprüfung mit Defensio, Philipp Fischer

16.02.2024, 14:00 Uhr
Durchführung per Videokonferenz

Titel: „Exploring Chromophore Orientation and Photophysical
Properties of BOPHY-BA in an Organic Thin Film by
Classical and Quantum Simulations“

Kurzfassung:
In der natürlichen Photosynthese sind räumlich hoch organisierte lichtabsorbierende Antennen für
den Energietransfer in biologischen Umgebungen wie Thylakoidmembranen verantwortlich und ermöglichen
die lichtgetriebene Katalyse zur Herstellung von Sauersto und Kohlenhydraten wie Zucker
aus Kohlendioxid und Wasser. Diese Arbeit lässt sich in das Konzept der Nachahmung dieser Schritte
der lichtgesteuerten Katalyse einbetten.
Antennen ermöglichen es uns, Signale zu senden und zu empfangen. In diesem Zusammenhang
wird ein energetisches Lichtsignal benutzt, das zum Antrieb der lichtgetriebenen Katalyse übertragen
werden kann. Ein Antennenmolekül mit dem Akronym BOPHY, Bis(diuoroboron)1,2-bis((1H-pyrrol-2-
yl)methylen)-hydrazin, wurde mithilfe von Alkylketten und Benzoesäure amphiphil gemacht (BOPHYBA).
In dieser Arbeit wird eine Monolage aus BOPHY-BA-Molekülen an der Flüssigkeits-Vakuum-
Grenzäche entlang der Druckisotherme rechnerisch untersucht. Der Antennenteil des BOPHY-BA
Moleküls enthält  Elektronensysteme, die durch Delokalisierung ihrer Elektronen  −  Stapel mit
identischen Molekülen bilden können. Wenn viele BOPHY-BA Antennen  −  Stapel bilden, können
Clusteraggregate unterschiedlicher Art und Länge entstehen.
Insgesamt werden neun Systeme mit unterschiedlichen Oberächendichten mit Molekulardynamiksimulationen
simuliert. In dieser Arbeit werden druckisothermenabhängige strukturelle und photophysikalische
Eigenschaften der Monoschicht bewertet, wobei ein besonderer Schwerpunkt darauf
liegt, wie diese Eigenschaften von den Antennenaggregaten abhängen. Die Clusteranalyse des Antennenanteils
zeigt die Bildung von Multimeren, insbesondere von Dimeren, Trimeren und Tetrameren,
sowie verschiedene Aggregatstypen, wie H- und J-Aggregate, wobei H-Aggregate in den Filmen stärker
vertreten zu sein scheinen. Die berechneten Absorptionsspektren ausgewählter Aggregate zeigen unterschiedliche
Absorptionsspektren für verschiedene Multimere und Aggregattypen der Antennencluster.
Die Ergebnisse führen zu der Annahme, dass nicht nur H-Aggregate, sondern auch J-Aggregate zu einer
hypsochromen Verschiebung der Spektren des Moleküls in der Membran im Vergleich zum Spektrum
in Lösung führen. Der Vergleich zwischen den Antennenaggregaten im Film und den experimentellen
Absorptionsspektren des Monoschit-Films zeigt eine teilweise Übereinstimmung; allerdings sind die in
dieser Studie verwendeten Berechnungsmethoden nicht in der Lage, die experimentellen Absorptionsspektren
des Films vollständig zu reproduzieren. Eines der wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit ist
die Analyse der strukturellen Eigenschaften der BOPHY-BA Moleküle im Film, die darauf hindeutet,
dass die Dipolantennen nicht so unidirektional zu sein scheinen wie ursprünglich erwartet. Zusammenfassend
lässt sich sagen, dass diese Molekulardynamik (MD) Simulationen wertvolle Erkenntnisse für
Optimierungsstrategien beim Design der Antenne und des BOPHY-BA Moleküls liefern.
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