Designte molekulare Vorstufen für die Synthese von Metallpnictid-Nanokristallen

• Antragsteller: Professor Dr. Manfred Scheer
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242778552

Trotz vielversprechender Möglichkeiten in vielen Anwendungsgebieten wie Mikroelektronik oder Photovoltaik bleibt die Chemie von Metallpnictid-basierten Nanokristallen (NCs) weit hinter der von Metall-NCs oder Chalkogenid-NCs, wie Oxiden oder Sulfiden, zurück. Diese Situation ist auf das Fehlen zuverlässiger und robuster Methoden zur kontrollierten Synthese von Nanoobjekte zurückzuführen.Ziel des Antrags ist die Entwicklung von kostengünstigen Synthesestrategien von NCs der Pnictide der 12. bis 14. Gruppe (insbesondere Phosphide und Arsenide) unter Kontrolle ihrer Größe, Oberfläche, Form und Zusammensetzung. Die Zielmaterialien für die NCs sind Zn3P2 für Pnictide der 12. Gruppe, InP, InAs und GaAs für Pnictide der 13. Gruppe und SiPx, GePx und SnP für Pnictide der 14. Gruppe. Diese wurden von ihrer wissenschaftlichen Bedeutung für Anwendungen her wie auch von ihren synthetischen Herausforderungen ausgewählt.Die Originalität unseres Zugangs beruht auf dem Design von Hochenergie-Vorstufen, um eine reaktivitätsbasierte Niedrigtemperaturmethode zu entwickeln, mit der die Literaturbekannten synthetischen Probleme überwunden werden. Dabei werden zwei Ausgangsstoffe passender Reaktivität (ein Vorläufer für jedes Element) oder Einkomponentenvorstufen (mit vorgeformten M-E-Bindungen zur Bildung von MxEy NCs; M = Ga, In, Zn, Si, Ge, Sn; E = P, As) verwendet. Alle Verbindungen werden speziell für die NCs-Synthese designt. Während Vorstufen aus verschiedenen Quellen relativ einfach zu erhalten sind, stellt die Synthese von Einkomponentenvorstufen eine große Herausforderung für diese Chemie dar. Relevante Merkmale dieser molekularen Spezies sind a) halogenfreie Vorläufer (oder sauber entfernbare, z.B. in der Gasphase oder in Lösung), um die NCs vor möglicher Halogenid-Verunreinigung zu schützen, b) labile Substituenten zur leichten Entfernung, um nackte Atomeinheiten bei niedriger Temperatur zu erhalten, c) leichte Zugänglichkeit in großem Maßstab.Unsere Strategie beruht auf Studien der Reaktivität der Vorstufen und des NCs-Wachstumsmechanismus. Das Verstehen der ablaufenden Chemie bildet die Basis, um wissenschaftliche Barrieren zu überwinden, die hinsichtlich der Zielverbindungen bestehen. Unser spezielles Ziel ist die Synthese von NCs unter milden Bedingungen (mit metallorganischem Ansatz) und bei niedriger Temperatur (< 150 °C). Dies wird erlauben: a) die Entwicklung sicherer und kostengünstigerer Prozesse, b) die Möglichkeit, in situ mechanistische und kinetische Studien durchzuführen und vor allem c) die Vermeidung unkontrollierter Nebenreaktionen, die bei hohen Temperaturen auftreten und d) eine bessere Kontrolle der Kinetik (und Reproduzierbarkeit) jedes Syntheseschritts (Nukleation, Wachstum, Reifung), der kontrolliert zu Nanoobjekten führt.Ferner werden orientierende Untersuchungen der physikalischen (speziell der opto-elektronischen) Eigenschaften durchgeführt, um eine erste Beurteilung der Anwendbarkeit dieser NCs zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Beteiligte Person: Privatdozentin Dr. Céline Nayral