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Polarisationsabhängige optische Eigenschaften und die photoschaltbare Doppelbrechung zeolithischer Wirt/Gast-Kompositkristalle

Hoffmann, Katrin

Die regulären Porensysteme der nanoporösen Molekularsiebe oder Zeolithe erlauben die hochgeordnete Einlagerung von Gastmolekülen. In der vorliegenden Arbeit wird die Untersuchung einzelner chromophorhaltiger Zeolithmikrokristalle mit Hilfe der polarisationsabhängigen UV/VIS-Mikrospektroskopie beschrieben. Als Gastmoleküle kommen vorrangig Azofarbstoffe zum Einsatz. Mit der Etablierung dieser Methode wurde eine Alternative zur Spektroskopie an Zeolithpulvern gefunden und damit erstmalig auch polarisationsabhängige Eigenschaften einzelner Kompositkristalle mit Dimensionen zwischen 10 µm und 100 µm zugänglich gemacht. Die UV/VIS-Mikrospektroskopie mit polarisiertem Licht erlaubt quantitative Aussagen zur Anordnung verschiedener Gastmoleküle in den Molekularsiebporen von AFI-, MFI- und Faujasitkristallen und ermöglicht die zerstörungsfreie Bestimmung des Beladungsgrades und der Doppelbrechung einzelner Nanokompositkristalle. Mit Hilfe dieser Methode kann die intrazeolithische Photoisomerisierungsreaktion von Azofarbstoffen in der kristallinen Matrix verschiedener Zeolithstrukturen erstmals an einzelnen Molekularsiebkristallen spektroskopisch nachgewiesen werden. Bei diesen Untersuchungen wurden unerwartet starke photoinduzierte Doppelbrechungsänderungen der Nanokomposite gefunden, die auf einer intrazeolithischen Umorientierung des geordneten Adsorbatsystems beruhen. Diese vorher nicht beschriebene photoschaltbare optische Eigenschaft chromophorbeladenener Zeolithkristalle wurde in Abhängigkeit von der Wirt/Gast-Zusammensetzung im Detail untersucht. Durch Optimierung der Kompositzusammensetzung und der Bestrahlungsparameter wurde ein Wirt/Gast-Material mit starken photosensitiven Doppelbrechungsänderungen gefunden. Die höchsten Werte von bis zu 0.045 ergaben sich für Azobenzen/AlPO4-5-Komposite, die bisher berichtete Werte von photorefraktiven oder photochromen schaltbaren Materialien zum Teil deutlich übersteigen. Diese Nanokomposite zeigen neben der hohen, photoinduziert schaltbaren Brechungsindexänderung auch stabile Schaltzustände und Sensitivitäten, die einen Einsatz einzelner zeolithischer Kompositkristalle als miniaturisierte molekulare Schaltelemente möglich erscheinen lassen.