Einzelmoleküle und polynukleare Käfigverbindungen des Bismuts als Bausteine für neue Materialien

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Bismuthaltige Verbindungen sind aufgrund ihrer Applikationsmöglichkeiten in der organischen Synthese und in den Materialwissenschaften gegenwärtig von großem Interesse. Die im Vergleich zu anderen Schwermetallen geringe Toxizität zeichnet das Element Bismut und viele seiner Verbindungen besonders aus. Unser Forschungsprojekt beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten der bislang wenig untersuchten Chemie von Bismutsilanolaten. Im Mittelpunkt stehen dabei Untersuchungen zur Herstellung und strukturellen Charakterisierung von sowie Reaktivitätsstudien an homo- und heterometallischen Bismutoxosilanolaten, die zu einem tieferen Verständnis von Aufbau- und Organisationsprinzipien oxidischer Verbindungen führen sollen. Die polynuklearen Verbindungen sind potentielle Vorstufen für oxidische Materialien und neue organisch-anorganische Hybridmaterialien im Nanometerbereich. Aufbauend auf vorherigen Forschungsergebnissen werden Synthesestrategien für niedermolekulare Bismutsilanolate, polynukleare homometallische Bismutoxosilanolate und heterometallische Bismutoxocluster weiterentwickelt. Reaktivitätsstudien sollen zeigen, ob gemischtvalente Bi(lll)/Bi(V)-Oxosilanolate zugänglich sind. Derartige Substanzen sind potentielle Modellverbindungen für Oxidationskatalysatoren, wie z. B. für das System MoO3/Bi2O3, und sollten außerdem interessante elektronische und optische Eigenschaften zeigen. Zur Charakterisierung der molekularen Substanzen stehen verschiedene Analytikmethoden wie z. B. NMR-, IR-, DTA-TG-Untersuchungen, Elektrospray-lonisations-Massenspektrometrie und die Einkristallröntgenstrukturanalyse zur Verfügung. Die gewonnenen Kenntnisse über Struktur und Reaktivität der neuen Verbindungen sollen zur Auswahl geeigneter Systeme dienen, die sich z. B. als Vorstufen für das Sol-Gel-Verfahren oder den MOCVD-Prozess zur Synthese bismuthaltiger (Hybrid-) Materialien eignen. Zur Analyse der hergestellten Festkörpermaterialien stehen u. a. XRD-, TGA-, DSC-, IR-, UV-VIS-, EDX-Messungen sowie Oberflächenbestimmungsmethoden (BET) und Messungen der elektrischen Leitfähigkeit zur Verfügung.