Stabile ungesättigte Silicium-Cluster (Silicoide)

• Antragsteller: Professor Dr. David Scheschkewitz
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 236324090

Ungesättigte Siliciumcluster (Silicoide) sind Zwischenprodukte der Gasphasenabscheidung von Silicium. Stabile Derivate dieser kurzlebigen Spezies werden in amorphem Silicium vermutet. In molekularer Form werden sie durch sterisch anspruchsvolle Substituenten kinetisch stabilisiert. Besonders hervorzuheben ist das Si6R6-Derivat mit zwei unsubstituierten Gerüstatomen, das die globale Minimumstruktur und daher das energetische Siliziumanalogon von Benzol darstellt. Diese ausgeprägte Präferenz veranlasste uns, einen eindeutigen Trivialnamen für diese neue Verbindungsklasse einzuführen: Benzpolaren.Das zentrale Ziel ist die Funktionalisierung von Silicoiden einschließlich des Einbaus von Heteroelementen wie klassischen Dotierstoffen für Bulk-Silicium (Bor, Phosphor), aber auch von anderen Elementen der Gruppe 14 und Übergangsmetalle. Geeignete Funktionalitäten ermöglichen die gezielte Auswahl von zwei Optionen in Abhängigkeit der angestrebten Eigenschaften: die Erweiterung des Clusterkerns oder die Anbringung in der Peripherie der Silicoide. Unser Ziel ist es, eine umfassende Toolbox solcher Spezies in variablen Größen zu etablieren, die es uns ermöglicht, geeignete homo- und heteronukleare Silicoide an Substrate unserer Wahl anzuknüpfen.Ausgestattet mit einer Vielzahl präparativer Methoden werden wir die einzigartigen elektronischen, magnetischen und optoelektronischen Eigenschaften von Benzpolarenen und anderen stabilen Silicoiden nutzen, indem wir (a) sie als neue extrem elektronenreiche Ligandenklasse für die homogene Katalyse verwenden und (b) ihre Anwendung als funktionale Motive in Materialien ermöglichen.In Teilprojekt (a) werden wir uns auf eine die Katalyse mit unedlen Metallen der ersten Übergangsmetallreihe konzentrieren, davon ausgehend, dass der ausgeprägte Elektronenüberschuss der Silicoide zu einem nicht-unschuldigen Verhalten als Liganden führen wird, das sich in der Ermöglichung von Zwei-Elektronen-Redoxschritten ausdrücken könnte, die sonst von 3d-Metallen nicht bevorzugt werden. Die angestrebten Spezies erinnern an Übergangsmetalle auf Siliziumoberflächen und werden somit als molekulare Modellsysteme für die heterogenen Katalyse dienen. Der Einfluss der in Lösung beispiellosen siliciumreichen Koordinationsumgebungen auf die Performance wird als Stellschraube für die Feinabstimmung dieser Ligandensysteme verwendet. Teilprojekt (b) entwickelt einen Bottom-up-Ansatz für silicoidhaltige Materialien . Wir werden nanostrukturierte Materialien in ein, zwei oder drei Dimensionen ausgehend von funktionalisierten Silicoiden und geeigneten Verknüpfungseinheiten herstellen und auf kooperative Effekte untersuchen, die durch die Verknüpfung und damit die elektronische Kommunikation der Silicoide hervorgerufen werden.Insgesamt zielt das Projekt darauf ab, konzeptionelle Lücken zwischen der molekularen Siliciumchemie und elementaren Siliciummaterialien (mit ihren Anwendungen in nahezu allen Bereichen der modernen Gesellschaft) zu schließen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Österreich
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Raphael Johann Friedrich Berger; Professor Dr. Holger Vach, Ph.D.