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Silicatanaloge

Materialien

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Im Mittelpunkt unserer Forschung steht die Untersuchung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von ionogenen, anorganischen Festk?rperverbindungen der Gruppen 13–16 (z. B. Borate, Phosphate, Sulfate und ihre Derivate) im Periodensystem in Verbindung mit Erdalkalimetallen, Hauptgruppenelementen, ?bergangsmetallen und insbesondere Seltenerdelementen.

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In silicatanalogen Verbindungen kommen als wesentliches Strukturmerkmal Tetraederbausteine vor, die kein Inversionszentrum aufweisen und so bevorzugt zu nicht-zentrosymmetrischen Umgebungen der 威尼斯赌博游戏_威尼斯赌博app-【官网】lionen bzw. nicht-zentrosymmetrischen Kristallstrukturen insgesamt führen. Zur Erzielung effizienter optischer Eigenschaften ist die Abwesenheit eines Inversionszentrums f?rderlich.

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Ziel unserer Arbeiten sind lumineszierende seltenerd-, übergangsmetall- oder hauptgruppenelementdotierte Wirtsverbindungen (z. B. Leuchtstoffe), Festk?rpers?uren für die heterogene Katalyse sowie Vorl?uferverbindungen zur schonenden und schnellen Darstellung der vorgenannten Materialien. Ferner interessieren uns Strukturchemie und Strukturverwandtschaften der neuen Verbindungen.

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Erst die Kenntnis der Kristallstruktur einer untersuchten Verbindung erlaubt eine gewisse Syntheseplanung zur Herstellung definierter Verbindungen mit den jeweils gewünschten Eigenschaften. Ein besonderer Schwerpunkt liegt deshalb auf der Synthese phasenreiner Proben, der Kristallzucht geeigneter Einkristalle und insbesondere der Strukturaufkl?rung mittels R?ntgendiffraktometrie.

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Dotierte silicatanaloge Verbindungen als Leuchtstoffe

Gegenw?rtig konzentriert sich die Erforschung neuer Leuchtstoffe auf zwei Hauptschwerpunkte. Zum einen?sind zweiwertige Seltenerdionen wie Eu²⁺ herausragende Dotierungs-Kandidaten für die Synthese neuer klassischer Fluoreszenzfarbstoffe, die ein UV-Photon absorbieren und maximal ein Photon sichtbaren Lichts emittieren. Zum anderen?eignen sich Verbindungen dreiwertiger Seltenerdionen (SE³⁺) zur Herstellung von sog. Quantumcutter-Materialien, die ein hochenergetisches UV-Photon absorbieren und mehrere Photonen sichtbaren Lichts emittieren?.

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Ausgehend von diesen Zielvorstellungen besch?ftigen wir uns zur Zeit mit der Synthese und Charakterisierung kristalliner kondensierter Borosulfate, Fluorooxoborate, Wolframate, Sulfate, Borate, Borophosphate, Phosphate und ?hnlichen Verbindungen insbesondere der Erdalkalimetalle und Seltenerdmetalle.

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Klassische Leuchtstoffe

Wir untersuchen einerseits Leuchtstoffe basierend auf zweiwertigen Seltenerdionen. An den Lumineszenz-?berg?ngen dieser Ionen sind d-Niveaus beteiligt. Die sich ergebenden 4f-5d-?berg?nge sind spinerlaubt und daher au?erordentlich intensiv. Zudem bietet die Beteiligung von 5d-Zust?nden am Lumineszenz-Prozess die M?glichkeit, die Emissionswellenl?nge über das in der Koordinationssph?re wirkende Ligandenfeld zu steuern. Derartige Verbindungen sind vielversprechende Leuchtstoffe für Fluoreszenzlampen oder für wei?e Leuchtdioden.

Au?erdem besch?ftigen wir uns mit Leuchtstoffen basierend auf dreiwertigen Seltenerdionen. Deren Lumineszenz geht auf 4f-4f-?berg?nge zurück, deren energetische Lage nur unwesentlich vom Ligandenfeld beeinflusst wird. Allerdings stehen bisweilen die Intensit?ten der interessierenden ?berg?nge in enger Beziehung zur Symmetrie der Koordinationsumgebung.

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Antennenleuchtstoffe

Wirtsstrukturen, die Anionen von schweren ?bergangsmetallen in hohen Oxidationsstufen enthalten, k?nnen über Charge-Transfer-?berg?nge effizient angeregt werden. Liegen die Energiezust?nde eines dotierten Ions günstig, l?sst sich diese Anregungsenergie übertragen und sich die Lumineszenz des dotierten Ions deutlich verst?rken. Dieser Mechanismus ist insbesondere bei Aktivatoren interessant, deren optische ?berg?nge eigentlich verboten sind (Parit?t, Spin). Deshalb untersuchen wir auch Wolframate und verwandte Verbindungen im Hinblick auf ihre Eigenschaften als sog. Antennenleuchtstoffe.

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Quantenteiler-Leuchtstoffe

Aus Gründen des Umweltschutzes sollten Hg-Dampflampen durch Xe-Hochdrucklampen ersetzt werden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit der Entwicklung neuer besonders für letztere geeigneter Leuchtstoffe. Die zur Anwendung kommende anregende Lichtquelle ist wesentlich hochenergetischer (Xe-Hochdrucklampe, 147 nm) als das Licht entsprechender Hg-Dampflampen (254 nm). Eine vergleichbare Energieeffizienz wie in einfachen Fluoreszenzlampen l?sst sich folglich nur erzielen, wenn pro absorbiertem UV-Photon mehrere Photonen sichtbaren Lichts wieder abgegeben werden (Quantumcutting, QC). Die sich hieraus ergebenden entscheidenden Materialanforderungen sind eine ausreichend gro?e Bandlücke der Wirtsverbindung sowie die Existenz geeignet liegender elektronischer Zust?nde. Gro?e Koordinationszahlen der 威尼斯赌博游戏_威尼斯赌博app-【官网】lionen wirken sich dabei zus?tzlich günstig auf eine m?glichst geringe Ligandenfeldaufspaltung vorhandener d-Niveaus aus.

Dreiwertige Seltenerdionen haben sich als Aktivatoren der Wahl erwiesen aufgrund der geringen Wechselwirkung der relevanten 4f-Zust?nde mit dem Wirtsgitter und der gro?en Zahl m?glicherweise günstig liegender Energieniveaus. Zudem neigen SE³⁺-Ionen zu gro?en Koordinationszahlen. Aus mehreren hier nicht n?her ausgeführten Gründen eignen sich besonders oxidische und fluoridische Wirtsgitter.

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Festk?rpers?uren

An Festk?rperverbindungen oberfl?chlich gebundene Protonen k?nnen als Br?nsted-S?uren wirken. Diese sind um so st?rker, je mehr Koordinationspositionen für Protonen zur Verfügung stehen und je elektronegativer das (Poly-)Anion der Festk?rperverbindung ist. Analog verh?lt es sich mit freien Koordinationsstellen elektronenarmer Kationen, die Lewis-S?ure-Base-Addukte erm?glichen und als Lewis-S?uren wirken. Borate, Phosphate und Sulfate sind pr?destinierte Verbindungen für solche Festk?rperbr?ndsted- bzw. Festk?rperlewiss?uren und k?nnen sich für die heterogene Katalyse chemischer Reaktionen eignen.

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Schwach koordinierende Wirtsstrukturen

Viele der zuvor erw?hnten Eigenschaften wie Festk?rpers?uren, Quantenteiler- und Antennenleuchtstoffe, manchmal auch klassische Leuchtstoffe erfordern schwach koordinierende Wirtstrukturen, die nur gering elektrostatisch bzw. kovalent mit den Aktivatoren (Protonen im Falle der S?uren) wechselwirken. Daher liegt ein Schwerpunkt unserer aktuellen Forschung auf der Untersuchung solch schwach koordinierender Wirtstrukturen wie den Borosulfaten und den Fluorooxoboraten. Deren terminale Atome zeigen nur schwache elektrostatische und kovalente Wechselwirkungen.

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Synthesemethoden

Unsere Synthesemethoden reichen von klassischen Festk?rperreaktionen in R?hren-, Kammer- oder Hochfrequenz?fen (bis ca. 2000 °C) über Solvothermalsynthesen bis hin zu Reaktionen in w?ssrigen und nicht-w?ssrigen L?semitteln wie Ionischen Flüssigkeiten. Darüber hinaus interessieren uns molekulare Vorstufen für unsere Zielverbindungen, um diese unter ressourcenschonenden Bedingungen herstellen bzw. definiert abscheiden zu k?nnen.

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Strukturchemie

Uns interessieren m?glichst anschauliche und nachvollziehbare Strukturbeschreibungen unserer Festk?rperverbindungen anhand einfacher Strukturbausteine. Sehr hilfreich sind hierfür bisweilen Symmetriebezüge zu mehr oder weniger chemisch aber bzgl. ihrer Symmetrie verwandten Kristallstrukturen. Mit Hilfe solcher Symmetriebezüge lassen sich Phasenüberg?nge beschreiben und eindeutig klassifizieren.

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