Professur Koordinationschemie






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Forschungsschwerpunkte

Allgemeine Forschungsausrichtung

In unseren Forschungsarbeiten beschäftigen wir uns mit verschiedenen Fragestellungen aus den Bereichen der organisch-anorganischen Hybrid-materialien, der Koordinationspolymere, der metall-organischen Molekülverbindungen und der Ein-komponentenvorstufen für oxidische Materialien. Im Zentrum der bisherigen Arbeiten stehen die Chemie der Hauptgruppenelemente und vor allem die Koordinationschemie des Bismuts. Letzteres Element findet industrielle Anwendung in oxidischen Katalysatoren, Medikamenten, nicht-toxischen Pigmenten sowie thermo- und ferroelektrischen Materialien. Weitere potentielle Anwendungen ergeben sich z. B. im Bereich der Brennstoffzellentechnologie, auf dem Gebiet neuer Speichermedien basierend auf multiferroischen Materialien und als Kontrastmittel in Zahn- und Knochenersatzstoffen. Unsere Arbeiten auf dem Gebiet der molekularen Vorstufen für neue Materialien und nanostrukturierte Materie sollen in Zukunft auch auf andere Elemente ausgeweitet werden.

Metalloxocluster und Nanopartikel (u.a. Teilnahme am Schwerpunktprogramm SPP 1415 der DFG)

Metalloxide gehören zu den wichtigsten anorganischen Materialien und in den letzten Jahren wurde über faszinierende Fortschritte bei der Strukturaufklärung zahlreicher homo- und heterometallischer Oxide berichtet. Vor allem die Miniaturisierung von elektronischen Bauelementen hat zu einer stürmischen Entwicklung von Synthesemethoden für nanoskopische Metalloxide geführt. Um effizientere Synthesemethoden gezielt entwickeln zu können, ist jedoch ein besseres Verständnis des Nukleationsprozesses von Metalloxidpartikeln vor allem im Anfangsstadium des Partikelwachstums erforderlich. Wir beschäftigen uns u.a. mit der Synthese und den Strukturprinzipien polynuklearer Metalloxocluster sowie mit deren chemischer Modifizierung.[1, 2]

Polyniklearer Metalloxocluster
Abb. 1. Polynuklearer Metalloxocluster,[2]
[Bi50Na2O64(OH)2(OSiMe3)22]

Koordinationspolymere und Metal-Organic Frameworks

Verbindungen des dreiwertigen Bismuts zeigen häufig eine ungewöhnliche Koordinationschemie, deren Ursachen im sterischen und elektronischen Einfluss des freien Elektronenpaars, in den hohen Koordinationszahlen, in der flexiblen Koordinationsgeometrie und in der Ausbildung schwacher Wechselwirkungen mit p-Systemen zu suchen sind.[3-5]

Koordinationspolymer
Abb. 2. Koordinationspolymer,
[BiCl3{4,4'-(iPrO)2(O)PC6H4C6H4P(O)(OiPr)2}]n

Neben molekularen Komplexverbindungen wurden auch ein- und zweidimensionale Koordinationspolymere mit Phosphonsäureestern strukturell charakterisiert, wohingegen die Darstellung dreidimensionaler Netzwerke bislang nicht gelang. Da die Komplexverbindungen bei der Thermolyse unter Abspaltung von Alkylhalogeniden zu Metallphosphonaten reagieren, ist diese Synthesestrategie für den Aufbau organisch-anorganischer Hybridmaterialien geeignet.[4]

Phosphonsäuren, Metallphosphonate und Hybridmaterialien

Unser Interesse gilt der Darstellung und Charakterisierung neuer funktioneller Phosphon- und Phosphinsäuren [6, 7] und deren Einsatz als Bausteine für neue organisch-anorganische Hybridmaterialien und molekulare Metallphos-phonatcluster.[8] Im Allgemeinen zeichnen sich Metallphosphonate durch eine gute Temperatur-beständigkeit und chemische Stabilität aus und bieten Anwendungsmöglichkeiten als Katalysatoren, Ionenaustauscher und Gasspeicher.

Bismutphosphonatoxocluster
Abb. 3. Bismutphosphonatoxocluster,[8]
[(tBuPO3)10(tBuPO3H)2Bi14O10]*3C6H6*4H2O

Literatur:

  1. D. Mansfeld, M. Mehring, M. Schürmann, Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 245–249. From a Monomeric Bismuth Silanolate to a Molecular Bismuth Oxo Cluster: [Bi22O26(OSiMe2tBu)14]
  2. M. Mehring, D. Mansfeld, S. Paalasmaa, M. Schürmann, Chem. Eur. J. 2006, 12, 1767–1781. Polynuclear Bismuth-Oxo Clusters: Insight into the formation process of a metal oxide
  3. D. Mansfeld, M. Mehring, M. Schürmann, Z. Anorg. Allg. Chem. 2004, 630, 1795–1797. [Bi(OSitBuPh3)3]: A Metal Silanolate with a Weak Bismuth - p Arene Interaction
  4. D. Mansfeld, M. Mehring, M. Schürmann, Inorg. Chim. Acta 2003, 348, 82–90. Synthesis, structural characterisation, thermal behaviour and electrospray ionisation mass spectrometric studies of bismuth(III) halide complexes with (iPrO)2(O)PCH2P(O)(OiPr)2
  5. M. Mehring, D. Mansfeld, M. Schürmann, Z. Anorg. Allg. Chem. 2004, 630, 452–461. Stereochemical Influence of the Electron Lone Pair in [Bi(NO3)3{(iPrO)2(O)PCH2-P(O)(OiPr)2}]2 – Comparison of Bismuth, Lanthanum and Praseodymium Nitrate Complexes
  6. M. Mehring, Eur. J. Inorg. Chem. 2004, 3240–3246. Two- and Three-dimensional Hydrogen Bonded Networks Built from 1,3,5-[P(O)(OH)2]3C6H3 and 4-Dimethylaminopyridine
  7. M. Mehring, M. Schürmann, R. Ludwig, Chem. Eur. J. 2003, 9, 837–849. tert–Butylphosphonic Acid: From the Bulk to the Gas Phase
  8. M. Mehring, M. Schürmann, Chem. Commun. 2001, 2354–2355. The first bismuth phosphonate cluster – X-ray single crystal structure of [(tBuPO3)10(tBuPO3H)2Bi14O10]*3C6H6*4H2O