| Unsere Forschungsarbeiten |
| oder |
| Warum (gerade auch) einfache (binäre und ternäre) Hauptgruppenelement-Verbindungen (immer noch/wieder) interessant sind |
Derzeit beschäftigen wir uns vor allem mit der Darstellung und Charakterisierung
neuer und manchmal auch sehr alter Festkörperverbindungen zwischen zwei
Hauptgruppenmetallen, einem elektropositiven Element der Alkali- oder Erdalkalimetallreihe
und einem schwereren Element der IV. und V. Hauptgruppe,
d.h. mit den Alkalimetall-Tetreliden
(Intermetallische Phasen der Systeme AI-MIV) und den entsprechenden
Alkalimetall-Pnictiden (Systeme AI-MV).
Meistens handelt es sich dabei um
Zintl-Phasen, d.h. die Strukturen
und auch die halbleitenden Eigenschaften lassen sich nach dem
Zintl-Konzept interpretieren.
Aber gerade bei den Elementen der IV. Gruppe gibt es daneben
Phasen mit Elektronenmangel, d.h. es werden auch
Clusterverbindungen gebildet,
die den Wade'schen Regeln folgen.
Daneben gibt es auch binäre Verbindungen, bei denen nur geringe Abweichungen von den
elektronenpräzisen Zintl-Phasen vorliegen. In den genannten Systemen werden
z.T. aber auch die packungsdominierten Strukturen der
Laves-Phasen beobachtet.
Die strukturelle, spektroskopische und theoretische Untersuchung der Grenzen zwischen
den einzelnen Bindungskonzepten ist derzeit eines unserer Hauptarbeitsfelder.
Unser zweites größeres Arbeitsgebiet sind die ternären Oxide, die sich (nicht nur!)
formal aus der Oxidation dieser intermetallischen Phasen ergeben, also die Oxometallate
der Alkali- und Erdalkalimetalle. Hier ermöglicht uns der präparative Zugang
ausgehend von den Metallen bzw. Legierungen die Darstellung neuer metallreicher
Oxide und Oxometallate, z.B. von
Alkalimetall-Oxotetrelaten (AIMIV-Oxide)
und Oxopnictaten (AIMV-Oxide).
Aufbauend auf diese beiden beschriebenen Arbeitsgebiete
ergibt sich die interssanteste Fragestellung, inwieweit nämlich
die anionischen Bauverbände der binären Legierungen (Zintl- und Clusteranionen)
neben den Oxoanionen derselben Hauptgruppenelemente existieren können.
Zunächst gelang die Synthese und strukturelle Charakterisierung
weiterer Metallid-Oxide, d.h. von
Phasen, die nebeneinander Zintl-Anionen und Oxid-Ionen enthalten.
Mit der Darstellung einer Reihe von Verbindungen aus der neuen Klasse der
Tetrelid-Tetrelate konnte
gezeigt werden, daß die Tetrele in gemischtvalenten Verbindungen
in zwei Oxidationsstufen stabilisiert werden können, die bis zu fünf (!)
Stufen auseinander liegen.
Ein weiteres kleines Arbeitsgebiet sind
die vielfältigen thermischen Phasenumwandlungen
der Alkalimetall-Hexafluoropnictate.
Zur Synthese, Strukturanalyse und Bestimmung von Eigenschaften der neuen Verbindungen
kommen bei uns eine ganze Reihe unterschiedlicher
Methoden
zum Einsatz:
- verschiedenste Methoden zur Synthese von Festkörpern
(Schmelzreaktionen, Hydrothermaltechnik, chemischer Transport, Schutzgastechnik,
Hochtemperatursynthesen, Lichtbogen-Schweißen)
- Thermische Analyse (TG, DTA, DSC)
- Röntgenographische Phasenanalyse mittels Pulverdiffraktometrie (auch temperatur- und druckabhängig)
- Einkristallröntgenstrukturanalyse (auch temperatur- und druckabhängige Messungen,
auch mit Strukturbestimmungen und -Verfeinerungen jenseits der Standard-Methoden, Modulierte Strukturen)
- Pulververfeinerungen nach der Rietveldmethode
- Schwingungsspektroskopie (RAMAN, IR) (inkl. Simulationsrechnungen)
- Impedanzspektroskopie
- Mößbauerspektroskopie (Fe; Sn in Kooperation, s.u.)
- MAS-NMR-Spektroskopie (in Kooperation ,s.u.)
- Berechnung elektronischer Strukturen mit aktuellen DFT-APW-Methoden
Mitarbeiter/innen im Arbeitskreis (FR)
- Mamdouh Idilbi (bis 2001)
- Dr. Sandra Loss ( - )
- Dr. Peter Zönnchen ( - )
- Dr. Frank Pickhardt ( - )
- Dr. Christian Hirschle (10.1997-2.2001)
- Dr. Constantin Hoch (1998-4.2003)
- Dr. Markus Zumdick ( - )
- Dr. Franziska Emmerling (12.1999-12.2003)
- Stefan Krebs (12.1999-6.2000)
- Michael Boss (12.1999-6.2000)
- Jürgen Rosstauscher (12.1999-6.2000)
- Marco Wendorff (ab 10.2001)
- Nina Längin (12.2001-7.2002)
- Dr. Gero Frisch (ab 4.2002)
- Simone Schnabel (ab 2.2003)
- Sabine Zimper (4.2005-9.2005)
- Angela Rosin (6.2002-10.2003)
- Thorsten Beiser (2005)
- Wiebke Harms (ab 7.2005)
- Samuel Engelhardt (4.2006-11.2006)
Abgeschlossene Arbeiten
- Dissertationen
- Christian Hirschle: Oxoantimonate und Antimonide der schweren Alkalimetalle -
Darstellung, Charakterisierung und Kristallchemie (2000).
- Constantin Hoch: Tetrelide, Tetrelate und Tetrelid-Tetrelate der schweren Alkalimetalle:
Darstellung, Charakterisierung und Kristallchemie (2003).
- Franziska Emmerling: Pnictate und Oxopnictate der schweren Alkalimetalle -
Darstellung, Charakterisierung und Kristallchemie (2003).
- Gero Frisch: Neue Oxoferrate der Alkalimetalle -- Synthesen und Kristallchemie (2006).
- Diplomarbeiten
- Rita George: Bariumreiche ternäre Oxide (1997).
- Sandra Loss: Strukturchemie der Alkalimetallhexafluoropnictate AIBVF6 (1998).
- Constantin Hoch: Stannide, Stannate und Stannid-Stannate von Rubidium und Caesium (1999).
- Gero Frisch: Darstellung und röntgenographische Untersuchung neuer Plumbidtetrelate (2003).
- Simone Schnabel: Pigmente mit ABX4-Struktur: Chemische Substitution und Farbigkeit
von Verbindungen auf BiVO4 bzw. PbCrO4-Basis (2003).
- Magister- und Staatsexamensarbeiten
- Franziska Emmerling: Alkalimetalltetrelide vom Clathrat-Typ. Darstellung und Strukturchemie (2000).
- Stefan Krebs: Thermische Phasenumwandlungen von Alkalimetallhexafluoropnictaten:
Röntgenographische Studien (2000).
- Jürgen Rosstaucher: Darstellung und Kristallstrukturen von Alkalimetalloxoantimonaten(V) (2000).
- Michael Boss: Ternäre Phasen in den Systemen Ba-Sb/Bi-O/H (2000).
- Nina Längin: Gemischte Pnictide der schweren Alkalimetalle - Präparation,
Kristallchemie und elektronische Strukturen (2002).
- Sabine Zimper: Erdalkalimetall-Oxopnictate(III) -- Darstellung und Kristallchemie (2005).
- Thorsten Beiser: Demonstrationspraktikum Anorganische Chemie für Lehramtsstudierende - Neugestaltung und Erprobung (2005).
- Samuel C. Engelhardt: Alkali- und Erdalkalimetall-Oxoferrate:
Synthese, Kristallchemie und Mößbauer-Spektroskopie (2006).
Geräteausrüstung
- zwei Argon-Glove-Boxen (im AK)
- div. Rohr- und Muffelöfen, Teflon- und Stahl-Autoklaven (AK)
- eine Schutzgas-Schweißanlage (AK)
- viele Rechner (natürlich unter Linux) mit einer Vielzahl von sehr alten (Fortran IV) bis
sehr neuen (!alphas!) Programmen zur Auswertung von Meßdaten, für die
Kristallographie, zur Berechungen von Bandstrukturen, Simulation von
Spektren usw. usw.
- drei Einkristalldiffraktometer mit Flächenzähler (Institut)
- ein konventionelles Vierkreisdiffraktometer (Fa. Enraf-Nonius CAD-4) (Institut)
- drei Pulverdiffraktometer (Fa. Stoe) (mit AK Hillebrecht)
- zwei Pulverdiffraktometer (Fa. Bruker, D5000) (im FMF)
- div. Mikroskope/Stereolupen, u.a. mit digitaler Foto-Ausrüstung (AK)
- div. Geräte zur thermischen Analyse (im AK Hillebrecht sowie FMF)
- div. RAMAN- und IR-Spektrometer (im AK Hillebrecht sowie FMF)
- Messstand für die Impedanzspektroskopie (AK Hillebrecht/FMF)
- Mößbauerspektroskop (Fe, mit AK Janiak)
Kooperationen
- AK Hillebrecht (Heinz W. Rotter, Anita Becherer)
- AK Becker (TU Braunschweig) für Sn-Mößbauerspektroskopie
- AK Janiak (Freiburg, Fe-Mößbauerspektroskopie)
- Gerhard Althoff (Fa. Bruker) für MAS-FK-NMR
- Larry W. Finger und Martin Kroeker (Entwickung von DRAWxtl, Ternary, Chemtool, ...)
- AK Mecking (Univ. Konstanz)
- AK Wünsch (Pharmazeutische Chemie, bis 2002)
- AK Merfort (Pharmazeutische Biologie)
- AK Keller (Kristallographisches Insitut, Univ. Freiburg)
- F. Emmerling (Bundesanstalt für Materialprüfung, Berlin)
Geldgeber
Finanziell unterstützt werden/wurden unsere Arbeiten von
- der Adolf-Messer Stiftung
- der Deutsche Forschungsgemeinschaft
- dem Fonds der Chemischen Industrie
- dem Projekt Viror (Virtuelle Hochschule Oberrhein)