Borosulfate als Wirtsstrukturen für Lumineszenzmaterialien sowie nicht-linear-optische Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Henning Höppe
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 338584357

Borosulfate sind silicat-analoge Materialien, in deren Anion Sulfat-Tetraeder kovalent an tetraedrische oder trigonal planare Borationen gebunden sind. Chemisch stehen sie den bereits recht gut untersuchten Borophosphaten nahe. Die ersten knapp achtzig kristallinen Beispiele, die bislang veröffentlicht wurden, unterstreichen die Ähnlichkeit zu den Strukturen der Silicate. Solche silicat-analogen Verbindungen sind aus vielerlei Sicht interessant. Einerseits weisen diese eine sehr reichhaltige und per se spannende Strukturchemie auf, andererseits eröffnen sich viele Ansätze zur Untersuchung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Unser Schwerpunkt liegt auf der Suche nach neuen Verbindungen, die lumineszieren und sich für weiße Leuchtdioden, Leuchtstofflampen, die Thermometrie oder als Szintillatoren eignen und solche, die aufgrund ihrer besonderen Kristallstruktur auch nicht-linear-optische Eigenschaften zeigen und in Lasern zur Frequenzverdopplung eingesetzt werden. Hierbei sind insbesondere Verbindungen interessant, die über große Bandlücken verfügen und das ist bei Borosulfaten der Fall. Andere Eigenschaften wie Säure-Base-Verhalten und Katalyse behalten wir im Blick.In diesem Projekt setzen wir die systematische und explorative Untersuchung der neuen Verbindungsklasse kristalliner Borosulfate fort und konzentrieren uns in diesem Projekt auf Wirtsstrukturen, die sich mit äußeren und inneren Übergangsmetallen (d- und f-Elemente) dotieren lassen. Kristallchemisch sehen wir neben der Entdeckung neuer Strukturmerkmale eine sehr große Strukturvielfalt; in solchen Strukturen ist die Wahrscheinlichkeit erhöht, solche zu erhalten, die kein Inversionszentrum aufweisen und deshalb nicht-linear optische Eigenschaften zeigen – Borate und Tetraederstrukturen eignen sich hierbei besonders gut. Wir erwarten ferner grundlegende Erkenntnisse zum Koordinationsverhalten von Borosulfaten. Hierbei interessieren uns Erkenntnisse zum Ligandenfeldeinfluss und dem nephelauxetischen Effekt, die der Grundlagenforschung als auch Eruierung möglicher Anwendungen dienen. Wir nutzen die Einkristallröntgenstrukturanalyse für die Strukturbestimmung, die Reinheit unserer Verbindungen überprüfen wir mittels Röntgenpulverdiffraktometrie, mit der wir auch neue Verbindungen identifizieren. Das thermische Verhalten untersuchen wir mit Beugungsmethoden, Hochtemperaturpulverdiffraktometrie sowie klassischer thermischer Analysen wie DTA/TG. Wir untersuchen die optischen Eigenschaften mittels optischer Spektroskopie (Fluoreszenz- und UV-Vis-Spektroskopie) unterstützt von theoretischen Rechnungen. Geeignete Verbindungen werden in Kooperation auf nicht-linear-optische Eigenschaften untersucht. Insbesondere an amorphen Pulverproben planen wir darüber hinaus Bor-MAS-NMR-Messungen zur Bestimmung der lokalen Struktur. Außerdem sind magnetische Messungen zur Identifizierung der Metallvalenz und möglicher Ordnungsphänomene geplant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen