Borosulfate – strukturelle Erweiterung, Lumineszenz und Erschließung weiterer Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Henning Höppe
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556118528

Die Anionen in Borosulfaten, gelegentlich auch als Sulfatoborate bezeichnet, bestehen nahezu ausschließlich aus Tetraederbausteinen von tetraedrisch durch Sauerstoff umgebenen Bor- und Schwefelatomen. Typischerweise sind hierbei Boratome kovalent an Sulfattetraeder gebunden. Es handelt sich somit um silicat-analoge Materialien, die chemisch den bereits recht gut untersuchten Borophosphaten und Borosilicaten nahestehen. Solche silicat-analogen Verbindungen sind aus vielerlei Sicht interessant. Zum einen weisen diese eine sehr reichhaltige und per se hochinteressante Strukturchemie auf, ferner eröffnen sich viele Ansätze zur Untersuchung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Das strukturelle Spektrum reicht von nicht-kondensierten Anionen wie in K5[B(SO4)4] bis hin zu Raumnetzstrukturen mit Kanälen wie in Bi(H3O)[B(SO4)2]4, von sulfatreichen Vertretern wie Ba[B(S2O7)2] bis hin zu sulfatarmen wie (NH4)2[B4O6(SO4)]. Das Alleinstellungsmerkmal der Borosulfate ist die ausgesprochen schwache Koordinationskraft, die von ihnen umgebene Kationen nur wenig beeinflusst. Weil Tetraeder nicht punktsymmetrisch sind, sind es die Gesamtstrukturen häufig auch nicht. Deshalb sind solche Materialien für (nicht-linear) optische Eigenschaften besonders interessant. Ausgehend von den bislang etwa 90 bekannten Verbindungen werden wir in diesem Projekt neue lumineszierende Verbindungen herstellen und untersuchen, die sich für Thermometrie, Leuchtdioden, Leuchtstofflampen basierend auf einem Xenon-Plasma, nicht-linear optische Anwendungen und für Displays eignen könnten. Darüber hinaus werden wir uns auch Kandidaten widmen, die sich zumindest als Ionenleiter eignen könnten sowie erste Schritte hin zu porösen Strukturen gehen. Wir setzen somit die systematische und explorative Untersuchung der recht jungen Verbindungsklasse Borosulfate fort. Kristall-chemisch erwarten wir neben der Entdeckung neuer Strukturen eine sehr große Strukturvielfalt, vergleichbar mit der der Borophosphate oder Silicate. In Bezug auf Struktur-Eigenschafts-Beziehungen erwarten wir grundlegende Erkenntnisse zum Verständnis der Chemie der Borosulfate, des Koordinationsverhaltens von Borosulfaten und des Verhaltens schwach koordinierender Anionen im Allgemeinen. Hierbei interessieren uns insbesondere deren optische Eigenschaften sowie die Ionenleitung, die der Grundlagenforschung als auch Eruierung möglicher Anwendungen dienen. Methodisch nutzen wir die Einkristallröntgenstrukturanalyse für die Strukturbestimmung, die Reinheit gefundener Verbindungen überprüfen wir mittels Röntgenpulverdiffraktometrie, mit der wir auch neue Verbindungen identifizieren. Das thermische Verhalten untersuchen wir mit Beugungsmethoden, Hochtemperaturpulverdiffraktometrie sowie klassischer thermischer Analysen wie DTA/TG. Erhaltene Materialien werden wir spektroskopisch (Lumineszenz- und UV-Vis-Spektroskopie, Kernresonanz, Mößbauer) und bezüglich ionenleitender Eigenschaften umfassend charakterisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen