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Bild: Fluor als Schlüsselement

Teilbereich B

Teilbereichsleiter: Prof. Dr. Erhard Kemnitz

Der Fokus im Teilbereich B liegt auf der Anwendung neuer Synthesestrategien, die zu neuen anorganischen Fluorverbindungen sowie fluorierten Materialien führen.

So sollen unter Anwendung des neuartigen fluorolytischen Sol-Gel-Verfahrens bisher nicht zugängliche Fluoride und (Hydr)oxofluoride ausgewählter Haupt- und Nebengruppenmetalle dargestellt und hinsichtlich ihrer Eigenschaften als neue Klasse fester Katalysatoren (Lewissäuren sowie biacide Lewis- und Brønsted-Säuren) für Isomerisierungs-, Alkylierungs- und Benzoylierungsreaktionen untersucht werden (B01). Neben den binären Metallfluoriden sollen auch erstmals ternäre (insbesondere dotierte) Metallfluoride/Hydroxofluoride in die Untersuchungen einbezogen werden.

Unter Anwendung desselben Synthesekonzepts sollen in einem weiteren Komplex stabilisierte Sole nanoskopischer Metallfluoride mit niedrigen Brechungsindizes hergestellt und untersucht werden. Ziel ist deren Aufbringung auf organische Polymeroberflächen mit dem Ziel neuartige antireflektive (AR) Schichtsysteme zu entwickeln. Der organischen Funktionalisierung der Nanopartikeloberflächen wird eine zentrale Rolle zukommen (B02).

Insbesondere für ausgewählte Metallfluoride, die sich von diesen AR-Materialien ableiten, soll eine theoretische Beschreibung der Metall-Fluor-Wechselwirkungen im Festkörper und die Vorhersage von Kristallstrukturen sowie Eigenschaften erfolgen. Ein weiteres Ziel dieser Arbeiten besteht in der Beschreibung der Oberflächenzustände der aus dem Projekt B01 abgeleiteten Metallfluoride und -hydroxofluoride, um deren katalytische Aktivität und Verhalten besser verstehen zu können. Damit schlägt das Projekt B03 (Paulus) eine wichtige Brücke zu den beiden zuvor genannten Projekten.

Das Projekt B04 (Lentz) richtet sich auf die Synthese von „Buckybowls“ wie Corannulen mit fluorierten Substituenten, wobei der Fokus auf den Trifluorvinyl, Pentafluorsulfanyl und Perfluoralkylgruppen liegt. Insbesondere die Trifluorvinylgruppe eignet sich als Ausgangspunkt für [2+2]-Cycloadditionsreaktionen, wodurch beim Vorliegen von zwei CF=CF2-Substituenten der Aufbau von Oligomeren und Polymeren möglich ist. Zangenförmige Dimere sollten aufgrund des Hohlraums zwischen zwei π-Systemen eine reichhaltige supramolekulare Chemie und Wirt-Gast-Chemie ermöglichen. Durch Fortführung der erfolgreichen Zusammenarbeit mit der Gruppe von H. Sakurai am IMS (Okazaki) erscheint auch eine Ausdehnung auf die Chemie des viel schwerer zugänglichen Sumanens möglich. Die Verbindungen sollen hinsichtlich ihrer Kristallpackungen (π-stacking) und elektronischen Eigenschaften studiert werden.

Im Projekt B05 (G. Scholz) werden schließlich ebenfalls neuartige nanoskopische Metallfluoride synthetisiert und umfassend untersucht. Der hier gewählte Syntheseweg folgt einem „top down“ Ansatz und verfolgt die mechanochemische Synthese neuer fluoridbasierter Materialien. Vorarbeiten zu diesem Syntheseansatz sind sehr erfolgversprechend und lassen interessante Ergebnisse erwarten. Somit passt sich dieses Projekt sehr harmonisch in die in den Projekten B01, B02 und B03 laufenden Arbeiten ein und komplementiert diese in perfekter Weise.

Die Arbeiten zur Synthese nanoskopischer Metallfluoride erfolgt in der Arbeitsgruppe Kemnitz in enger Zusammenarbeit mit der Gruppe Braun im Teilbereich A sowie dem Solvay-Lab und der Solvay Fluor GmbH Hannover. Die mechanochemischen Arbeiten in der Gruppe Scholz sind hierin ebenfalls eingeschlossen.

Die theoretischen Fragestellungen innerhalb des Teilbereichs werden in der Gruppe Paulus bearbeitet, wobei diese Arbeiten durch die Ankupplung an die Arbeiten in B01, B02 und B05 zum Solvay-Fluor Lab koppeln.

Teilprojekte im Teilbereich B

  • B01
    Dotierte nano-Metallfluoride und (Hydr)Oxofluoride als neuartige Katalysatoren und Fluorierungsmittel

Erhard Kemnitz mit Beate Paulus, Gudrun Scholz und Solvay Fluor Hannover

  • B02
    Antireflektive, nano-Metallfluoridschichten auf Polymeroberflächen

Erhard Kemnitz mit Thomas Braun und Solvay Fluor

  • B03
    Theoretische Untersuchung von Gruppe 2/12-Fluorid-Nanoteilchen

Beate Paulus mit Erhard Kemnitz

  • B04
    Reaktivität fluorierter Buckybowls zur Darstellung hochfluorierter Materialien

Dieter Lentz mit Konrad Seppelt und Erhard Kemnitz

  • B05
    Mechanochemische Synthese, Struktur und Eigenschaften von festen Lösungen der Erdalkalimetallfluoride: Ma1-xMbxF2

Gudrun Scholz mit Erhard Kemnitz