FKNMR-Spektrometer-Konsole
Final Report Abstract
Das erneuerte Festkörper-NMR-Spektrometer konnte dank seiner besseren Probenkopfausstattung und der besseren Konsolenelektronik in zahlreiche Projekte eingebunden werden. In der Praxis kann es bei heterogenen Proben vorkommen, dass herkömmliche Beugungsmethoden Probenanteile nicht eindeutig unterscheiden können. NMR-Spektroskopie kann Phasengemenge und Proben mit flüssigen und festen Anteilen mit mehrdimensionalen Methoden analytisch in seine Komponenten zerlegen. So konnte bei einem MOF der Poreninhalt per NMR identifiziert, quantifiziert und lokalisiert werden und bei verschiedenen Nitridophosphaten Randbedingungen bestimmt werden, auf deren Basis eine zuverlässige Strukturlösung mittels Röntgenpulverdiffraktometrie möglich war. In einem weiteren Projekt gelang die dynamische Charakterisierung einer gemischt elektronischionisch leitenden Lithiumstickstoffverbindung. Dazu mussten die vorhandenen statischen Probenköpfe auf kleine Probenmengen von wenigen Milligramm optimiert und Relaxationszeitmessungen von ca. 20 K bis 400 K durchgeführt werden. In zahlreichen Projekten nutzen wir Varianten des MQMAS-Experimentes, z. B. an nitridischen Leuchtstoffen und auch an verschiedenen Boranaminen. Die neue Konsole erlaubte eine effizientere Anregung der Multiquantenkohärenzen und ergab Artefakt-freiere Spektren, was bei der Menge der durchgeführten MQMAS-Experimente insgesamt eine erhebliche Verbesserung sowohl in der Qualität als auch der Quantität der Beiträge bewirkte. Dank des angeschafften 1.3mm MAS-NMR-Probenkopfes war es möglich, quantitative NMR-Experimente an Wasserstoff routinemäßig anzubieten. Wasserstoff ist wegen der geringen Elektronendichten in anorganischen Festkörpern nicht immer leicht mit anderen Methoden zu quantifizieren. Bei nur wenigen Milligramm benötigter Probenmenge wurde die NMR-Methode oft eingesetzt. Der 1.3mm-MAS-Probenkopf erlaubte ferner die Entwicklung von Analysemethoden für heteronukleare Wiedereinkopplungsexperimente unter MAS-Bedingungen, mit denen REDOR-Kurven bis zu völliger Dephasierung des Echo-Signals analysiert werden können. Die Kombination von hohen Rotationsfrequenzen mit hohen Nutationsfrequenzen sowie ein sehr geringes Wasserstoffhintergrundsignal aus dem Probenkopf schafften für die genannten Untersuchungen die notwendigen Voraussetzungen. Das genannte Spektrometer wurde ferner dazu eingesetzt, um Referenzdaten für chemische Verschiebungstensoren von Phosphaten und Phosphonaten mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, so dass es möglich war, neue quantenchemische Methoden zur Berechnung von NMR-Eigenschaftstensoren im Festkörper experimentell abzusichern. Eine Kombination der oben beschriebenen theoretischen Methoden mit mehrdimensionaler NMR, dipolaren Methoden und quantitiativer NMR erlaubte es uns für nanoskalige Verbindungen aus der Klasse der transparenten leitfähigen Oxide detaillierte Modelle zur Struktur der Nanopartikel zu entwickeln, insbesondere zu deren funktionstragenden Defekten und deren Domänenstruktur. Durch die Kooperation mit Prof. Th. Bein (Physikalische Chemie, LMU München) wurde das FK-NMR-Spektrometer auch für die Analytik von Nanopartikeln und organischen Netzwerken genutzt, die im Rahmen eines DFG-finanzierten Sonderforschungsbereiches bzw. Exzellenzclusters untersucht wurden. Das Gerät wurde weiterhin eingesetzt zur Charakterisierung funktionaler organischer Netzwerke sowie photoaktiver Kohlenstoffnitride (Forschungsprojekte von Prof. B. V. Lotsch). Im Kontext der Forschung an Supraleitern im Arbeitskreis von Prof. D. Johrendt wurde Festkörper-NMR ebenfalls erfolgreich zur Strukturaufklärung eingesetzt.
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