La(II) in Metallhydriden — Kristallchemie und Photolumineszenz

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Kohlmann
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 419433503

Lanthanide dienen häufig als Aktivatoren für Leuchtdioden (LEDs). Wenn d-Zustände am Prozess beteiligt sind (z. B. Ce(III), Eu(II)), kann die Emissionswellenlänge aufgrund der Empfindlichkeit dieser elektronischen Zustände gegenüber der chemischen Umgebung eingestellt werden. Das Projekt untersuchte in der ersten Förderphase die Eu(II)-Lumineszenz in Metallhydriden und zielte auf die Identifizierung von Einflüssen der hydridischen Wirte auf die Lumineszenzeigenschaften und auf die Suche nach neuen gemischt-anionischen Hydriden mit verbesserter Stabilität als Wirtsmaterialien ab. Die meisten der untersuchten Verbindungen sind für Eu(II) geeignet: KCaH3-xFx, MHX (M = Ca, Sr, Ba; X = Cl, Br, I), Seltenerd-Hydridoxid-Halogenide und Hydrid-Silikate. Der M-H-Abstand ist der wichtigste Faktor zur Beeinflussung der Emissionswellenlänge, der nephelauxetische Effekt der Halogenatome der zweitwichtigste. Die Seltenerd-Hydrid-Oxide weisen eine reichhaltige Strukturchemie und z. T. eine überraschend gute chemische und thermische Stabilität auf; ihre Eignung als Wirtsverbindungen für Eu(II)-Lumineszenz ist jedoch durch die Bevorzugung von Eu(III) gegenüber Eu(II) begrenzt. Gelbes LiEu2SiO4H ist ebenfalls chemisch und thermisch recht stabil. Vor kurzem wurde zum ersten Mal über die Photolumineszenz von La(II) berichtet. Sie tritt in LaMg6Ga6S16 auf, und es wird angenommen, dass die oktaedrische Umgebung für La(II) zusammen mit der chemischen Weichheit der Sulfidionen eine Voraussetzung dafür ist. Aus verschiedenen Gründen sind Metallhydride ausgezeichnete Kandidaten für die Stabilisierung von La(II): stark reduzierende Reaktionsbedingungen, LaH2 als einfaches Ausgangsmaterial mit formalem La(II), vorhandene oktaedrische Lücken, chemisch weiche Hydridanionen. Anhand dieser Kriterien werden die folgenden Verbindungen auf eine mögliche Substitution mit La(II) untersucht: MgH2, Alkali- und Erdalkali-Mg-Hydride, Mg-Alanate, M2BN2H1-yXy (M = Ca, Sr; X = F, Cl). Die Festkörperreaktionen werden (i) diffusionskontrolliert bei hoher Temperatur (HT), (ii) durch Kugelmahlen (BM), (iii) unter hohem hydrostatischem Druck (HP) durchgeführt. Da die Suche nach La(II)-basierten Hydriden wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen erscheinen mag, werden quantenmechanische Berechnungen für eine rationale Vorauswahl eingesetzt. Dies wird zu einer Priorisierung von Synthesestrategien und chemischen Systemen führen, um Effektivität und Erfolgsaussichten zu erhöhen. Die Dotierung mit Ce(III), Eu(II) und Sm(II) wird als Alternative eingesetzt, falls La(II) nicht stabilisiert werden kann (Risikominderung). Die Charakterisierung umfasst u. a. Röntgen- und Neutronenbeugung , XPS- und Lumineszenzspektroskopie. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Stabilisierung von La(II) in festen Metallhydriden und die Untersuchung ihrer Photolumineszenz. Wir hoffen, einen Beitrag zu dem faszinierenden Phänomen der La(II)-basierten Photolumineszenz im Festkörper leisten zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen