Synthesechemie mit Weltraummolekülen: Direkte Einblicke in den nanoskaligen Grenzbereich zwischen Molekülen und Festkörpern bei Metallen und Halbmetallen

Ein Forschungsschwerpunkt unserer Gruppe liegt in der Synthese neuartiger Reagenzien auf Basis von Hochtemperaturteilchen, d.h. Moleküle, die nur unter extremen Bedingungen (1600°C, 10-8 bar) stabil sind. Unsere Arbeiten fußen dabei auf der präparativen Kokondensationstechnik, mit der wir in der Lage sind ungewöhnliche Startmaterialien wie z.B. Monohalogenide der 14. Gruppe in präparativen Mengen zugänglich zu machen. 

Diese Subhalogenide, welche auch als „Weltraummoleküle“ bezeichnet werden können, eröffnen unter Laborbedingungen eine neuartige Chemie und können z.B. als molekulare Vorstufen zur Darstellung neuer Materialien (z.B. nanostrukturiertes Germanium) angesehen werden. 

Aufgrund einer intrinsischen hohen Reaktivität der unter Normalbedingungen metastabilen Hochtemperatur- teilchen können sie zur Synthese metalloider Clusterverbindungen der 14. Gruppe eingesetzt werden. Die Eigenschaften dieser metalloiden Clusterverbindungen der allgemeinen Formel MnRm (M=Si, Ge, Sn, Pb; n>m) eröffnen eine direkten Einblick in den Grenzbereich zwischen Molekül und Festkörper; ein vor allem für die Nanotechnologie wichtiger Aspekt.

Neben diesem fundamentalen Einblick in den Bildungsweg des Elementes eröffnen Folgereaktionen mit metalloiden Clusterverbindungen den Zugang zu neuartigen Materialien. So kann z.B. ausgehend von der anionischen metalloiden Clusterverbindung {Ge9[Si(SiMe3)3]3}- durch Aufbaureaktionen mit Übergangsmetallen ein Zugang zu molekularen Drähten eröffnet werden.

Reaktionen in der Gasphase eröffnen weiterhin einen direkten Einblick in Auf- und Abbaureaktionen von metalloiden Clustern, ein Aspekt, dem unter anderem auch für Elemantarreaktionen bei der Reaktion auf Metalloberflächen in der Katalyse Bedeutung zukommt.