Synthesis and structural characterization of vanadium-phosphate systems by electron-nuclear double resonance and electron-spin echo modulation spectroscopy

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Mehrkomponentensysteme mit Vanadium(IV)-Sauerstoff-Phosphorbindungen sind von beträchtlichem Interesse für heterogene Katalyse, biologische Chemie, Materialwissenschaften und Anwendungstechnik. Beim Übergang vom Molekül zum Festkörper im Bereich weniger Nanometer großer Teilchen, auf der Oberfläche von Festkörpern, in röntgenamorphen Feststoffen und in Lösung ist eine zweifelsfreie Strukturaufklärung mit klassischen Methoden nicht möglich. Durch den Einsatz von modernen hochauflösenden Methoden der Elektronenparamagnetischen Resonanz wie der Impuls-Elektronen-Kern-Doppelresonanz (ENDOR) und der Hyperfine-Sublevel-Correlation-(HYSCORE)-Spektroskopie soll die Nahordnung von paramagnetischen V-O-P-Zentren in solchen Systemen erforscht werden. Im Mittelpunkt steht die Strukturaufklärung von Modellsystemen und von realen Systemen (Katalysatoren) insbesondere von Vanadium-substituierten Heteropolysäuren bzw. Polyoxometallaten, von Oberflächen-Komplexverbindungen und von Precursoren (Nanoteilchen) von Vanadylphosphaten. Die Systeme werden ausgehend von definierten molekularen Vorstufen synthetisiert ("bottom-up") und charakterisiert. Der schrittweise Aufbau definierter nanoskopischer V-O-P-Verbindungen mit Analogien zu Vanadylpyrophosphat-Systemen in Kombination mit dem analytischen Werkzeug zu deren struktureller Charakterisierung eröffnet neue Möglichkeiten für ein besseres Verständnis von Struktur-Wirkungsbeziehungen in der Katalyse insbesondere für die Aktivierung von Alkanen.