Institut für Anorganische Chemie

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1 Institut für Anorganische Chemie 1. Forschungsprojekte Prof. Dr. Hans-Peter Abicht Entwicklung keramischer Materialien mit definiertem Gradienten der elektromechanischen Eigenschaften FB Physik - IWZ für Materialwissenschaften Wissenschaftliche Laufzeit: Kurzbeschreibung: Das Ziel des Projektes besteht in der Herstellung, Charakterisierung und Modellierung von keramischen Werkstoffen mit gradierten elektromechanischen Eigenschaften. Als Materialbasis dienen Bariumtitanat und verwandte Mischsysteme, vorzugsweise Ba(Ti,Sn)O 3. Es werden Keramiken mit einem definierten uniaxialen Gradienten der Korngröße oder der chemischen Zusammensetzung hergestellt, wobei auch unkonventionelle Sinterverfahren dafür in Anwendung kommen sollen. Am Fachbereich Physik wird eine quantitative Beschreibung der in einem solchen Gradientenmaterial nicht trivialen Verteilung des elektrischen Feldes und der Polarisation während des Polungsprozesses unter Berücksichtigung der einzelnen Polungsmechanismen angestrebt. Stichwörter: Bariumtitanat-stannat, Gradientenbildung, Polungsprozeß, Sinterprozess Prof. Dr. Hans-Peter Abicht Teilprojekt A4: Oberflächenmodifizierung perowskitischer Keramikpulver - Erzeugung, Charakterisierung und Einfluß auf die Eigenschaften daraus hergestellter Keramik. Wissenschaftliche Fachbereich Physik, Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik Halle Laufzeit: Kurzbeschreibung: Die Eigenschaften von Hochleistungskeramiken (hier: Bariumtitanate), die in der modernen Werkstoffwissenschaft eine bedeutende und zunehmende Rolle spielen, werden in entscheidendem Maße von der Mikrostruktur sowie den Korngrenzen und den korngrenzennahen Schichten bestimmt. Unser Konzept des "mikro- und nanochemischen Konstruierens" soll dazu Beiträge leisten. Wir verstehen darunter im engeren Sinne die gezielte Modifizierung der Korngrenzen und Seite 1

2 Stichwörter: korngrenzennaher Bereiche durch Zugabe von Sekundär-phasen bzw. deren Vorstufen. Ausgehend von diesen Überlegungen und abgeleitet aus den Ergebnissen, die in der 1. Förderperiode erzielt wurden, stehen folgende Schwerpunkte im Mittelpunkt des vorliegenden Fortsetzungsantrages. 1. Die von uns entwickelte Methode der Sprühhydrolyse erlaubt die Herstellung verschiedener core-shell-strukturierter BaTiO 3 -Precursoren: TiO 2 -Kern / BaCO 3 -Hülle BaCO 3 -Kern / TiO 2 -Hülle. Neben einem Beitrag zum Mechanismus der BaTiO 3 -Bildung ist hier besonders die Frage interessant, inwieweit die chemischen und physikalischen Eigenschaften der nach Kalzination solcher Strukturen resultierenden BaTiO 3 -Pulver verändert werden. Neben der Kalzination im klassischen Widerstandsofen soll auch die Mikrowellenkalzination in die Untersuchungen einbezogen werden. 2. Erweiterung des Pulver-coating mittels Sprühhydrolyse von den beschriebenen einkomponentigen Systemen auf mehrkomponentige Sekundärphasen ( Ba 6 Ti 17 O 40 ). Hier interessiert insbesondere die erwartete Änderung des Verdichtungs- und Sinterverhaltens. 3. Anwendung der Mikrowellenenergie auf die Laugung vorgesinterter und klassierter BaTiO 3 -Partikel. In diesem Zusammenhang muss zunächst eine geeignete Versuchsanordnung zur Durchführung solcher Experimente entwickelt werden. 4. Die vorstehend aufgeführten Punkte erfordern eine umfassende, aufwendige analytische Charakterisierung aller Spezies bis in den nm-bereich. Erste Voruntersuchungen haben gezeigt, dass die Zielpräparation der core-shell-strukturierten Precursoren (Punkt1.) die Entwicklung einer adäquaten Technologie erfordert. Barium-Titanat, Coating, Elektronenmikroskopie, Laugung, Oberflächenmodifizierung Prof. Dr. Hans-Peter Abicht Teilprojekt: Synthesen und physikalisch-chemische Eigenschaften von ionischen Mischphasen des Systems Ba(Ti,Sn)O3 FB Physik - IWZ für Materialwissenschaften Wissenschaftliche Laufzeit: Kurzbeschreibung: Keramiken auf Basis des Mischkristallsystems Ba(Ti,Sn)O 3 zeigen interessante elektromechanische Eigenschaften. Im diesem Projekt sollen zunächst feste Lösungen Ba(Ti 1-x Sn x )O 3 nach modernen, nasschemischen Synthesevarianten hergestellt und umfassend charakterisiert werden. Die Seite 2

3 Stichwörter: Hydrothermalsynthese sowie verschiedene Varianten der Mikrowellen-gestützten Hydrothermalsynthese sind dabei vielversprechend. Aus den resultierenden Startpulvern werden Keramikkörper verschiedener Geometrie nach verschiedenen Sintermethoden hergestellt, die nach umfassender Charakterisierung am Fachbereich Physik (elektromechanischen, dielektrischen und elastischen Eigenschaften) besonders auf ihre Eignung als Aktuatoren hin untersucht werden sollen. Bariumtitanat-stannat-Mischphasen, elektromechanische Eigenschaft, Gradientenbildung, Hydrothermalsynthese Prof. Dr. Kurt Merzweiler Clusterverbindungen der Hauptgruppenelemente Fördereinrichtung: Haushalt Laufzeit: Kurzbeschreibung: Ziel des Projektes ist die Synthese und die strukturelle Charakterisierung neuartiger Clusterverbindungen der Hauptgruppenelemente. Unser besonderes Interesse gilt polynuclearen Element-Stickstoff- und Element-Chalkogen-Verbindungen. Typische Clusterstrukturen sind z. B. Heterokubane, wie man sie bei Indium-Stickstoff-Verbindungen des Typs [R4In4(NR )4] findet, oder Adamantan-Gerüste, die in Zinn-Chalkogen-Verbindungen der Zusammensetzung R4Sn4E6 vorliegen. Neben spektroskopischen Methoden (IR, NMR) wird vor allem die Röntgenbeugung zur Strukturaufklärung eingesetzt. Stichwörter: Clusterverbindungen, Käfigverbindungen, Kristallstrukturanalyse Elementarreaktionen in der metallorganischen Chemie und homogenen Katalyse: Oxidative Additionen und reduktive Eliminierungen bei Platina-ß-diketonen und Acyl(hydrido)platin(IV)-Komplexen Laufzeit: Kurzbeschreibung: Platina-ß-diketone [Pt 2 {(COR) 2 H} 2 (µ-cl) 2 ] (1) weisen als die bislang einzigen elektronisch ungesättigten (16 ve) Metalla-ß-diketone mit einer kinetisch labilen Ligandensphäre eine einzigartige Reaktivität auf, die darauf beruht, dass sie wie intramolekular durch Wasserstoffbrücken stablisierte Hydroxycarben-Komplexe reagieren. Im Rahmen des Projektes werden Platina-ß-diketone 1 mit Diazadienen und mit fac -bindenden dreizähnigen Liganden umgesetzt, um Insertionsreaktionen von Hydroxycarbenen bzw. oxidative Additionen zu Platin(IV)-Komplexen und deren reduktive Eliminierungsreaktionen zu untersuchen. Des Seite 3

4 Stichwörter: Weiteren sind bimetallische Acyl(hydrido)platin(IV)-Komplexe herzustellen und zu charakterisieren sowie stöchiometrische und katalytische E-H-Aktivierungsreaktionen (E = Si, C) zu untersuchen. DFT-Rechnungen zum Bildungsmechanismus der Platina-ß-diketone 1 sollen das theoretische Verständnis der Reaktivität befördern. Die Untersuchungen zur Reaktivität von Platina-ß-diketonen 1, einer neuartigen Substanzklasse in der metallorganischen Chemie, werden zum Verständnis von Elementarreaktionen (oxidative Additionen/reduktive Eliminierungen), die für die metallorganische Chemie und die homogene Katalyse gleichermaßen von Bedeutung sind, beitragen. Eliminierung; reduktive, homogene Katalyse, Organometallchemie, oxidative Addition Homogen katalysierte C-C- und C-H-Bindungsknüpfungsreaktionen Fördereinrichtung: Industrie Laufzeit: Kurzbeschreibung: Olefine sind wichtige Ausgangsstoffe für die chemische Industrie, die via C-C- und C-H-Bindungsbildung funktionalisiert bzw. veredelt werden können. Im Rahmen des Projektes werden Untersuchungen zu übergangsmetallkomplexkatalysierten Aktivierungen von C-C- und C-H-Bindungen durchgeführt. Stichwörter: C-C-Bindungsknüpfung, C-H-Bindungsknüpfung, homogene Katalyse, Olefin Homogen katalysierte Funktionalisierung von Alkinen Fördereinrichtung: Industrie Laufzeit: Kurzbeschreibung: Alkine sind wichtige Ausgangsstoffe für die chemische Industrie, die via C-C- und C-Y-Bindungsbildung (Y = Element der Gruppen 15-17) funktionalisiert bzw. veredelt werden können. Im Rahmen des Projektes werden Untersuchungen zu Übergangsmetallkomplexkatalysierten Aktivierungen von C-C- und C-Y-Bindungen durchgeführt. Stichwörter: Alkin, C-C-Bindungsknüpfung, Funktionalisierung von Alkinen, homogene Katalyse Untersuchungen zur Synthese, Charakterisierung und Reaktivität von Platin(IV)-Komplexen mit potentiell bioaktiven Liganden Seite 4

5 Laufzeit: Kurzbeschreibung: Es ist eine Herausforderung für die Koordinationschemie, via Ligandensubstitution Platin(IV)-Komplexe mit Bioliganden zu synthetisieren. Das trifft insbesondere auf einfache neutrale Kohlenhydrate zu, weil diese nur schwache Liganden sind, die leicht deprotoniert werden können, während Platin(IV)-Komplexe in der Regel substitutionsinert sind und leicht reduziert werden können. Aufbauend auf eigenen Untersuchungen zur Komplexbildung von Trimethylplatin(IV) mit nicht-funktionalisierten Monosacchariden sollen solche mit Disacchariden und mit funktionalisierten Kohlenhydratligenaden wie Aminozuckern synthetisiert und charakterisiert werden. Des Weiteren soll untersucht werden, inwieweit via Ligandensubstitutionsreaktion ausgehend von [PtMe 3 L 3 ]BF 4 (L z.b. Aceton) Trimethylplatin(IV)-Komplexe mit N-Basen vom Purin- und Pyrimidintyp zugänglich sind. Alle Komplexe sind analytisch, NMR-spektroskopisch und möglichst auch strukturell zu charakterisieren. Stichwörter: Bioligand, Chemie; bioanorganische, Koordinationschemie, Platinkomplex Prof. Dr. Dirk Steinborn Untersuchungen zur Synthese und Charakterisierung von Organoübergangsmetallkomplexen im Hinblick auf besondere katalytische Eigenschaften bei C-C-Knüpfungs- und Funktionalisierungsreaktionen (Teilthema 2 im GRK) Prof. Dr. Horst Weichmann Wissenschaftliche Laufzeit: Kurzbeschreibung: Detaillierte Kenntnisse der Elementarschritte bei homogen katalysierten Reaktionen sind für gezielte Katalysatorentwicklungen, denen das Ziel zu Grunde liegt, Selektivität, Aktivität und/oder Produktivität der Katalysatoren zu steigern, unabdingbar. Unter diesem Aspekt werden Olefin- und Alkinübergangsmetallkomplexe synthetisiert und charakterisiert. Das katalytische Potential der Komplexe für C-C-Knüpfungs- und Funktionalisierungsreaktionen wird studiert. Stichwörter: Alchemie, C-C-Bindungsknüpfung, Funktionalisierungsreaktion, homogene Katalyse, Organometallverbindung Prof. Dr. Dirk Steinborn Vernetztes Studium Chemie, Teilprojekt Anorganische Chemie (Leitprojekt des BMBF zum Themenfeld `Nutzung des weltweit verfügbaren Wissens für Aus- und Weiterbildung und für Innovationsprozesse`) Seite 5

6 Wissenschaftliche FIZ-Chemie Berlin Fördereinrichtung: Bund Laufzeit: Kurzbeschreibung: Zentrales Ziel ist die Entwicklung und Bereitstellung von interaktiv-multimedial aufbereiteten und vernetzten Wissensmodulen, sowie von Informationswerkzeugen (Suchmaschinen, Filter, Infotools, Multimedia/Video-Maschinen usw.) zur Unterstützung und Verbesserung der Chemieausbildung. Die Grundstruktur dieser elektronischen Plattform "Vernetztes Studium - Chemie" soll sich am Würzburger Modell orientieren und sich zunächst auf das chemische Basiswissen beschränken. Das im Rahmen des Teilprojektes Anorganische Chemie zu bearbeitende Material wird insbesondere Aspekte zur Struktur und Reaktivität multimedial aufbereiten. Dazu werden zahlreiche 3D-Objekte von Molekülen und Animationen von Reaktionsverläufen erstellt. Stichwörter: Lehre; universitäre, Multimedia, 3D Animation Seite 6

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