Anionen-Hydrid-Austausch als Werkzeug zum Materialdesign - Substitutionseffekte in Fluoride, Fluorid-Boraten und Fluorid-Phosphaten untersucht mit lokalen Sonden

• Antragstellerin: Professorin Dr. Nathalie Kunkel
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396943587

Der partiellen Substitution von Anionen durch Hydrid als Möglichkeit zum Materialdesign wird derzeit große Beachtung geschenkt, dabei spielen Versuche, kleine Hydrid-Mengen besser zu lokalisieren eine herausragender Bedeutung. So wurde nachgewiesen, dass die Substitution zu signifikanten Änderungen von Materialeigenschaften, wie. z.B. der Leitfähigkeit führt, d.h. das Einbringen von Hydrid führt zu großen Änderungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften eines Materials. Dieser Effekt ist nach wie vor nicht vollständig verstanden, doch wird angenommen, dass ein Zusammenhang zur hohen Polarisierbarkeit des Hydrid-Anions besteht. Obwohl Neutronen- und Röntgenbeugung sehr leistungsfähige Werkzeuge darstellen um Hydride zu beschrieben, sind auch Informationen über die gemittelte Strukturinformation hinaus, wie lokale Informationen zu Kovalenz und Polarisierbarkeit essentiell, um ein tieferes Verständnis zu erlangen, insbesondere wenn in Materialien Anionen nur partiell mit Hydrid substituiert werden. In Rahmen dieses Projekts soll daher neben Beugungsmethoden, die Nutzung von lokaler Sonden eingeführt werden. In Verbindungen mit ausreichenden großen Bandlücken stellen spektroskopische Methoden, und z.B. das Dotieren mit Seltenerd-Ionen eine geeignete Option dar. Sowohl 4f-4f- als auch 5d-4f-Übergänge liefern Informationen zur lokalen Umgebung. Letztere sind bekannt für ihre Empfindlichkeit gegenüber Polarisierbarkeitsunterschieden, wie das Beispiel der Rotverschiebung der Eu2+-Emissionsenergien in Nitriden gegenüber Oxiden oder Fluoriden zeigte. Die in Nitriden häufig anzutreffende orangene oder rote Emission findet heutzutage Verwendung in kommerziell genutzten anorganische Leuchtstoffen. Erste Vorarbeiten in reinen Hydriden deuten stark darauf hin, dass in hydridischer Umgebung ein vergleichbarer Effekt auftritt.Konkret werden im vorliegenden Projekt wird die Untersuchung von Hydrid-Substitution als Werkzeug zum Materialdesign vorgeschlagen. Als Modellsystem für das Einbringen von Hydrid durch Ersetzen von Fluorid wurden zunächst reine Fluoride, dann Fluorid-Borate und Fluorid-Phosphate ausgewählt. Neben der strukturellen Charakterisierung mittels Röntgen- und Neutronenbeugung wird speziell untersucht werden, wie Seltenerd-Ionen als optische Sonden dienen können. Diese Untersuchungen werden zudem durch Elektronenresonanzspektroskopie und Kernspinresonanz unterstützt. Zusammenfassend wird das Projekt zur Aufklärung der Existenz und der Chemie von Hydrid-substituierten Verbindungen und der Korrelation zwischen strukturellen und spektroskopischen Eigenschaften beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen