Unsere Forschungsaktivitäten

Im Zentrum unserer Forschungsarbeiten stehen metallreiche Verbindungen früher Übergangsmetalle. Aktuelle Arbeiten sind auf die Synthese, Strukturaufklärung und die Ermittlung physikalischer Eigenschaften neuartiger Substanzen sowie auf eine Weiterentwicklung des Verständnisses vom Zusammenhang der Eigenschaften und Strukturen chemischer Verbindungen fokussiert. Ein Hauptaugenmerk liegt auf der Herstellung neuer Materialien, die technologisch interessante und verwertbare Eigenschaften aufweisen. Hierzu werden Methoden der klassischen Festkörperchemie, der lösungsmittelchemisch orientierten molekularen Komplexchemie sowie theoretische Methoden der modernen Quantenmechanik eingesetzt.

Unser Labor

Unser Labor ist einzigartig und unterscheidet sich durch größere Apparaturen und spezielle Geräte von anderen Arbeitskreisen. Dazu gehört ein Abzug nur für die Glasbearbeitung, wo wir unsere eigenen Bauelemente entwerfen können, die auf unsere Reaktion zugeschnitten sind. Gearbeitet kann hier mit einem Wasserstoff/Sauerstoffbrenner und oder einem Gas/Sauerstoffbrenner, um auch Quarzglas bearbeiten zu können. 

Ein Schweißgerät erlaubt die Handhabung von Metallampullen, die für die Reaktionsansätze genutzt werden. Wichtig ist außerdem die Hochvakuumanlage, mit der ein Vakuum bis zu 10-6 Pa erzeugt werden kann. Ein Lichtbogenofen, mit dem Temperaturen von bis zu 6000 °C erreicht werden können, erlaubt auch robustes Material in einer Schmelze zur Reaktion zu bringen. 

Zudem besitzen wir eine Glovebox, die die Handhabung von empfindlichen Material einfach gestaltet und ein Mikroskop, mit dem wir die synthetisierten Kristalle untersuchen können.

Metall-Cluster-Verbindungen

Niob-Wasser-Cluster Kristall

Metallatom-Cluster-Verbindungen sind Koordinations-Verbindungen, die mindestens zwei, über starke Metall-Metallbindungen verknüpfte Metallatome enthalten. Dadurch liegen sie in niedrigen Oxidationsstufen vor und sind an Liganden gebunden. In unserem Arbeitskreis werden Zr-, Hf-, Nb- und Ta-Cluster untersucht. Sie enthalten in der Regel Metallatom-Oktaeder, deren Liganden sich in lösungsmittelchemischen Reaktionen gegen andere austauschen lassen. Damit werden Cluster-Verbindungen mit vielen interessanten Eigenschaften zugänglich.

Durch Wahl unterschiedlichster Arten von neutralen oder anionischen Liganden lassen sich unterschiedlichste Metallatom-Cluster-Verbindungen mit isolierten, diskreten oder auch ein-, zwei- oder dreidimenional verknüften Cluster-Einheiten herstellen. Sie weisen sich unterschiedliche Farben auf. Zum Beispiel führt eine Verknüpfung über andere Metallatome zu porösen Cluster-Polymeren (MOFs). Die Einführung von Chelatliganden führt zu sehr stabilen Cluster-Einheiten. Na6- und Ta6-Cluster mit Alkoholat-Liganden wurden erstmals in unserem Arbeitskreis hergestellt und untersucht.

Metallhaltige ionische Flüssigkeiten

Ionische Flüssigkeiten (Ionic Liquids [ILs]) zeichnen sich durch ihre besonderen Eigenschaften aus. Besonders der niedrige Dampfdruck oder die hohe thermische sowie elektrische Stabilität ist von großem Interesse, wobei der Schmelzpunkt per Definition unter 100°C liegt. In metallhaltigen ionischen Flüssigkeiten ist ein Metallkomplex-Anion/ oder Kation zu finden, wodurch sich diese Systeme von herkömmlichen organischen ionischen Flüssigkeiten abgrenzen. Dadurch können paramagnetische Eigenschaften ausgebildet werden. 

In diesem Arbeitskreis sollen demnach nun neuartige metallhaltige ionische Flüssigkeiten synthetisiert werden, welche Anwendung in entscheidenden Technologien wie Batteriesystemen finden. Es sollen auch andere Bereiche erforscht werden, wie die Anwendung in beispielsweise Katalyse, wofür wir einen breiten Katalog an Verbindungen bereitstellen wollen.

 

 

 

 

Tetracyanidoborate

Die Tetracyanidoborate sind eine relativ neue Klasse an Salzen, die das tetraedrisch aufgebaute [B(CN)4] -Anion enthalten. Dieses Anion zeichnet sich über eine ungewöhnliche Größe und Stabilität aus, wodurch es chemisch Inert und thermisch robust wird. Es gehört zu den schwach koordinierenden Anionen, womit es zu einem ausgezeichneten Partner für die Stabilisierung ungewöhnlicher Kationen zum Einsatz kommt. Zudem sind diese Verbindungen elektrochemisch stabil, wodurch innerhalb des Kristalls eine hohe Energiedichte vorliegt, die potenziell für neuartige Festkörperbaterien eingesetzt werden können.

In Abhängigkeit vom Kation können nun unterschiedlichste Substanzen synthetisiert werden, die einzigartige Eigenschaften besitzen.