Nanopartikel unedler Metalle (Mg0, Al0, Gd0, Sm0)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Claus Feldmann; Professorin Dr. Dagmar Gerthsen
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 347305687

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Durch Reduktion mit Alkalimetallpyridinyliden ([LiPy], [LiBipy]) in Pyridin und/oder Alkalimetallnaphthaliden ([LiNaph], [NaNaph]) in Ethern (z.B. THF) konnte eine große Zahl unedler Metalle in Form von Nanopartikeln hergestellt werden. Die Nanopartikel haben sehr kleine Durchmesser (1-3 nm), eine enge Größenverteilung (±0,2 nm) und sind in der Regel monokristallin (außer Hartmetallen wie Nb, Ta, Mo, W). Elektronenmikroskopie und Dynamische Lichtstreuung belegen die Partikelgröße. Röntgenabsorptions-spektroskopie (XANES), Röntgen- und Elektronenbeugung sowie Energiedispersive Röntgenspektroskopie zeigen die Reinheit der Metallnanopartikel. Viele dieser unedlen Metalle sind als Nanopartikel erstmals durch Füssigphasensynthese zugänglich (z.B. Seltenerdmetalle, Zr, Hf, V, Nb, Ta). Die erhaltenen Nanopartikel unedler Metalle sind hoch reaktiv. Insbesondere Pulverproben zeigen heftige Reaktionen mit Sauerstoff (Luft) oder Wasser, die mit den schweren Alkalimetallen vergleichbar sind. In Suspension (THF, Pyridin) sind die Nanopartikel kolloidal und chemisch (unter Argon) sehr stabil und können gezielt zur Reaktion gebracht werden. Mit dem erstmaligen Vorliegen einer großen Zahl an Nanopartikeln unedler Metalle bestehen jetzt vielfältige Möglichkeiten für Folgereaktionen nahe Raumtemperatur (<100 °C) in der flüssigen Phase und für Reaktionen an der Grenze zwischen homogenen und heterogenen Reaktionsbedingungen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Pyridine-Based, Low-Temperature Synthesis of CoN, Ni3N and Cu3N Nanoparticles. Chem. Commun. 2018, 54, 9957-9960
  A. Egeberg, L. Warmuth, S. Riegsinger, D. Gerthsen, C. Feldmann
  
• Lithiumpyridinyl-driven Synthesis of High-Purity Zero-valent Iron Nanoparticles and Their Use in Follow-up Reactions. Small 2019, 15, 1902321(1-9)
  A. Egeberg, T. Block, O. Janka, O. Wenzel, D. Gerthsen, R. Pöttgen, C. Feldmann
  
• One-pot Synthesis of Reactive Base Metal Nanoparticles in Multifunctional Pyridine. ACS Omega 2019, 4, 7096-7102
  A. Egeberg, T. P. Seifert, P. W. Roesky, D. Gerthsen, C. Feldmann
  
• Insights of the Naphthalenide-driven Synthesis and Reactivity of Zerovalent Iron Nanoparticles. Dalton Trans. 2021, 50, 16343-16352
  A. Reiß, C. Donsbach, C. Feldmann
  
• Liquid-phase Synthesis of Highly Oxophilic Zerovalent Niobium and Tantalum Nanoparticles. Chem. Commun. 2021, 57, 3648-3651
  A. Egeberg, L.-P. Faden, A. Zimina, J.-D. Grunwaldt, D. Gerthsen, C. Feldmann
  
• Liquid-Phase Synthesis of Highly Reactive Rare-Earth Metal Nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17373-17377
  D. Bartenbach, O. Wenzel, R. Popescu, L.-P. Faden, A. Reiß, M. Kaiser, A. Zimina, J.-D. Grunwaldt, D. Gerthsen, C. Feldmann
  
• Pyridine-based Liquid-phase Synthesis of Crystalline TiN and ZnSiN2 Nanoparticles. ChemOpen 2021, 10, 334-339
  A. Egeberg, O. Wenzel, R. Popescu, D. Gerthsen, C. Feldmann
  
• [Sm6O4(cbz)10(thf)6]·2 C7H8: A Polynuclear Samarium Oxo Cluster Obtained from Carbazole-driven Oxidation of Samarium Nanoparticles. Inorg. Chem. 2022, 61, 3072-3077
  D. Bartenbach, R. Popescu, D. Gerthsen, C. Feldmann
  
• Large and Small Solids: A Journey Through Inorganic Chemistry. Z. Anorg. Allg. Chem. 2022, e202200062 (1-11)
  C. Feldmann
  
• Room-Temperature Liquid-Phase Synthesis of Aluminium Nanoparticles. Chem. Commun. 2022, 58, 7499-7502
  S. Riegsinger, R. Popescu, D. Gerthsen, C. Feldmann