Der Kern der Forschung
Die Forschungsarbeiten in unserem Arbeitskreis sind ausgerichtet auf die Entwicklung neuer Materialien, die im alltäglichen Gebrauch oder auch in Industrieanwendungen nützlich eingesetzt werden können. Wir beschäftigen uns mit metallreichen Verbindungen früher Übergangsmetalle, Tetracyanidoborat-Salzen und Ionischen Flüssigkeiten. 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. Hierbei 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 die verwendeten Apparaturen und spezielle Geräte von den Laboratorien anderer Arbeitskreise. Dazu gehört ein Abzug nur für die Glasbearbeitung, wo wir unsere eigenen Geräte anfertigen können. Es steht hier sowohl ein Stadtgas-/Sauerstoff- als auch ein Wasserstoff-/Sauerstoffbrenner (für die Quarzbearbeitung) zur Verfügung.
Ein Schweißgerät erlaubt das Verschließen von Metallampullen. Wichtig ist außerdem die Öldiffusions-Hochvakuumpumpe, mit der ein Vakuum bis zu 10-6 mbar 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 betreiben wir Gloveboxen, die die Handhabung von empfindlichen Material einfach gestalten. Eine ist mit einem Mikroskop ausgestattet, mit dem wir Kristalle unter Schutzgas präparieren können.
Metall-Cluster-Verbindungen
Metallatom-Cluster-Verbindungen sind Koordinations-Verbindungen, die mindestens zwei, über starke Metall-Metallbindungen verknüpfte Metallatome enthalten. Sie liegen 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.