Nanoparticles of Base Metals (Mg0, Al0, Gd0, Sm0)

• Applicants: Professor Dr. Claus Feldmann; Professorin Dr. Dagmar Gerthsen
• Subject Area: Solid State and Surface Chemistry, Material Synthesis
• Term: from 2017 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 347305687

• Final Report Year: 2022

Final Report Abstract

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.

Publications

• Pyridine-Based, Low-Temperature Synthesis of CoN, Ni3N and Cu3N Nanoparticles. Chem. Commun. 2018, 54, 9957-9960
  Egeberg, Alexander; Warmuth, Lucas; Riegsinger, Sven; Gerthsen, Dagmar & Feldmann, Claus
  
• Lithiumpyridinyl-driven Synthesis of High-Purity Zero-valent Iron Nanoparticles and Their Use in Follow-up Reactions. Small 2019, 15, 1902321(1-9)
  Egeberg, Alexander; Block, Theresa; Janka, Oliver; Wenzel, Olivia; Gerthsen, Dagmar; Pöttgen, Rainer & Feldmann, Claus
  
• One-pot Synthesis of Reactive Base Metal Nanoparticles in Multifunctional Pyridine. ACS Omega 2019, 4, 7096-7102
  Egeberg, Alexander; Seifert, Tim P.; Roesky, Peter W.; Gerthsen, Dagmar & Feldmann, Claus
  
• Pyridine-based Liquid-phase Synthesis of Crystalline TiN and ZnSiN2 Nanoparticles. ChemOpen 2021, 10, 334-339
  Egeberg, Alexander; Wenzel, Olivia; Popescu, Radian; Gerthsen, Dagmar & Feldmann, Claus
  
• Insights of the Naphthalenide-driven Synthesis and Reactivity of Zerovalent Iron Nanoparticles. Dalton Trans. 2021, 50, 16343-16352
  Reiß, Andreas; Donsbach, Carsten & Feldmann, Claus
  
• Liquid-phase Synthesis of Highly Oxophilic Zerovalent Niobium and Tantalum Nanoparticles. Chem. Commun. 2021, 57, 3648-3651
  Egeberg, Alexander; Faden, Lara-Pauline; Zimina, Anna; Grunwaldt, Jan-Dierk; Gerthsen, Dagmar & Feldmann, Claus
  
• Liquid-Phase Synthesis of Highly Reactive Rare-Earth Metal Nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17373-17377
  Bartenbach, Daniel; Wenzel, Olivia; Popescu, Radian; Faden, Lara‐Pauline; Reiß, Andreas; Kaiser, Michelle; Zimina, Anna; Grunwaldt, Jan‐Dierk; Gerthsen, Dagmar & Feldmann, Claus
  
• [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
  Bartenbach, Daniel; Popescu, Radian; Gerthsen, Dagmar & Feldmann, Claus
  
• Large and Small Solids: A Journey Through Inorganic Chemistry. Z. Anorg. Allg. Chem. 2022, e202200062 (1-11)
  Feldmann, Claus
  
• Room-Temperature Liquid-Phase Synthesis of Aluminium Nanoparticles. Chem. Commun. 2022, 58, 7499-7502
  Riegsinger, Sven; Popescu, Radian; Gerthsen, Dagmar & Feldmann, Claus