Doppelsalze mit multifunktionalem Charakter aus Zintl-Phasen und Oxo- sowie Halogeno-Metallaten

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas F. Fässler
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508247931

Dieses Forschungsprojekt zielt darauf ab, durch die Kombination von zwei anorganischen Komponenten auf molekularionischer Ebene grundlegende Verbindungen für neue funktionelle Materialien mittels synthetischer Festkörperchemie zu erschließen. Im Mittelpunkt stehen deltaedrische, polyanionische Germanium- und Zinn-Cluster mit neun Atomen, die mit einer zweiten Anionen-Sorte wie Oxometallat- und Metallhalogenid-Anionen mit Alkalimetall-Kationen zu neuartigen, hybriden Festkörper-Halbleitermaterialien (Doppelsalzen) umgesetzt werden. Aufgrund ihrer gegenseitigen strukturellen Abstimmbarkeit bietet die Kombination von Alkalimetall-Zintl-Phasen mit deltaedrischen Einheiten und Alkalimetall-Metalloxiden bzw. -Metallhalogeniden zahlreiche Möglichkeiten für die Erzeugung und das Design neuer Mehrkomponenten-Hybrid-Materialien. Da Doppelsalze variable Zusammensetzung annehmen können, hat die Verbindungsklasse das Potenzial, abstimmbare Bandlücken zu besitzen. Die neue Materialklasse besitzt Anwendungspotenzial in der Optoelektronik und grundsätzlich auch als Wasserspaltungskatalysator.In einem ersten Schritt werden aufbauend auf den wenigen bekannten Vertretern Syntheseprotokolle zu Doppelsalzen systematisch erschlossen und auf neue Kombinationen übertragen. Die neuen Verbindungen werden strukturell mittels Röntgenbeugungsmethoden und Raman-Spektroskopie charakterisiert. Grundlegende elektronische Eigenschaften wie Bandlücken, magnetische Eigenschaften, Oxidationszustände der beteiligten Elemente, welche auf einen möglichen Ladungstransfer zwischen den Einheiten schließen lassen, werden experimentell bestimmt. Konkret werden in dem hier beantragten Projekt Hybrid-Verbindungen hergestellt, welche als Komponente 1 die Polyanionen [Ge9]4–, [Sn9]4– sowie [M@Sn9]x– und als Komponente 2 Metalloxid- oder Metallhalogenid-Anionen des Typs MO4x- (M = Über¬gangsmetall) oder tetraedrisch koordinierte Halogenide (z.B. [SnBr4]2 , [PbBr4]2 , [MX4]x-; X = Halogen) sowie Halogenide des Typs [MX6]x- (M = Sn, Pb) enthalten. Die Baueinheiten beider Komponenten sind als Alkalimetall-Verbindungen bekannt, in der Kombination werden sie im Rahmen der Untersuchungen hier erstmals systematisch erschlossen. Die Komponente 2 findet heute schon Anwendung bei metallischen Bronzen und in Solarzellen. Durch die Kombination sind Ladungstransfer-Prozesse zwischen den Komponenten und besser abstimmbare Bandlücken möglich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen