Neue Si-O-P-N Verbindungen und Materialien: Synthesen, Strukturen und Materialeigenschaften

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Erica Brendler; Professor Dr. Edwin Kroke
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Analytische Chemie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509900844

Aufbauend auf unseren interessanten Resultaten im DFG-Projekt „Vierfach vs. Sechsfach: Koordination in Phosphosilikaten“ umfasst dieses Projekt die Synthese von Si-O-P-C/N-Verbindungen sowie die Untersuchung des Einflusses des Stickstoffs auf Koordination des Siliciums in diesen Strukturen. Der Einsatz der avisierten mehrfunktionellen Aminophosphonsäuren wird je nach Wahl der Silicium-Edukte und Reaktionsbedingungen sowohl zur Synthese von molekularen Modellverbindungen mit Silatranstrukturen als auch zur Synthese von oligomeren und polymeren Materialien führen. Für die anvisierten Materialien ist Protonenleitfähigkeit zu erwarten, hierbei ist die Frage zu untersuchen, wo die zur Leitfähigkeit führenden Protonen lokalisiert sind – in OH- oder NH-Gruppen. Neben den lösungsmittelbasierten Syntheserouten werden auch thermische Umsetzungen zum Einsatz kommen. Außerdem ist geplant, dass die Umsetzungen von Phosphinsäuren mit Siliciumtetrahalogeniden, die bisher zu sehr interessanten Produkten, darunter [(SiL6)4+][X4]4-„Salzen“ führten, durch Variation der Edukte ausgebaut werden. Die Charakterisierung der Produkte wird schwerpunktmäßig mit Lösungs- und Festkörper-NMR-Spektroskopie erfolgen. Neben Reaktionsverfolgungen kommen verschiedene 1D- und 2D-Festkörper-NMR-Methoden zum Einsatz. Zur Erfassung, Quantifizierung und Charakterisierung der Strukturgruppen dienen Direktanregungs- und Kreuzpolarisationsexperimente. Nachbarschaften und Verknüpfungen zwischen Strukturelementen werden mit hetero- und homonuklearen Korrelationsexperimenten (HETCOR, RFDR oder BABA) und über REDOR-(Rotational-Echo Double-Resonance) Messungen analysiert. Um die Aussagefähigkeit der Experimente bezüglich Stickstoff zu verbessern, wird die Synthese 15N-markierter Aminophosphonsäuren vorgenommen. Dies ist insbesondere hinsichtlich der Lokalisierung der Pro-tonen (OH versus NH) von Interesse. Im Fokus stehen weiterhin ausgewählte Materialeigenschaften. Neben der Untersuchung des thermischen Verhaltens der Si-O-P-(C,N)-Materialien wird deren hydrolytische Beständigkeit analysiert. Da sich die polymeren Produkte als Schichten auf unterschiedlichen Substraten abscheiden lassen, sind diese morphologisch genauer zu analysieren. Basierend auf den von uns erhaltenen Si-O-P-Schichtstrukturen und in der Literatur beschriebenen protonenleitenden Zr-O-P-N-Verbindungen soll in diesem Vorhaben die Ionenleitfähigkeit mittels Impedanzspektroskopie untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen