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Direct observation of backbone planarization via side-chain alignment in single bulky-substituted polythiophenes

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Raithel, Dominic ; Simine, Lena ; Pickel, Sebastian ; Schötz, Konstantin ; Panzer, Fabian ; Baderschneider, Sebastian ; Schiefer, Daniel ; Lohwasser, Ruth H. ; Köhler, Jürgen ; Thelakkat, Mukundan ; Sommer, Michael ; Köhler, Anna ; Rossky, Peter J. ; Hildner, Richard:
Direct observation of backbone planarization via side-chain alignment in single bulky-substituted polythiophenes.
In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. (2018) . - 6 S..
ISSN 1091-6490
DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1719303115

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Abstract

The backbone conformation of conjugated polymers affects, to a large extent, their optical and electronic properties. The usually flexible substituents provide solubility and influence the packing behavior of conjugated polymers in films or in bad solvents. However, the role of the side chains in determining and potentially controlling the backbone conformation, and thus the optical and electronic properties on the single polymer level, is currently under debate. Here, we investigate directly the impact of the side chains by studying the bulky-substituted poly(3-(2,5-dioctylphenyl)thiophene) (PDOPT) and the common poly(3-hexylthiophene) (P3HT), both with a defined molecular weight and high regioregularity, using low-temperature single-chain photoluminescence (PL) spectroscopy and quantum-classical simulations. Surprisingly, the optical transition energy of PDOPT is significantly (∼2,000 cm−1 or 0.25 eV) red-shifted relative to P3HT despite a higher static and dynamic disorder in the former. We ascribe this red shift to a side-chain induced backbone planarization in PDOPT, supported by temperature-dependent ensemble PL spectroscopy. Our atomistic simulations reveal that the bulkier 2,5-dioctylphenyl side chains of PDOPT adopt a clear secondary helical structural motif and thus protect conjugation, i.e., enforce backbone planarity, whereas, for P3HT, this is not the case. These different degrees of planarity in both thiophenes do not result in different conjugation lengths, which we found to be similar. It is rather the stronger electronic coupling between the repeating units in the more planar PDOPT which gives rise to the observed spectral red shift as well as to a reduced calculated electron−hole polarization.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Lehrstuhl Experimentalphysik II - Optoelektronik weicher Materie > Lehrstuhl Experimentalphysik II - Optoelektronik weicher Materie - Univ.-Prof. Dr. Anna Köhler
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Lehrstuhl Experimentalphysik IX - Spektroskopie weicher Materie
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Lehrstuhl Experimentalphysik IX - Spektroskopie weicher Materie > Lehrstuhl Experimentalphysik IX - Spektroskopie weicher Materie - Univ.-Prof. Dr. Jürgen Köhler
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Professur Angewandte Funktionspolymere
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Chemie > Professur Angewandte Funktionspolymere > Professur Angewandte Funktionspolymere - Univ.-Prof. Dr. Mukundan Thelakkat
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Lehrstuhl Experimentalphysik II - Optoelektronik weicher Materie
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Eingestellt am: 28 Feb 2018 07:59
Letzte Änderung: 28 Feb 2018 07:59
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/42415