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13.05.2020 | Materialentwicklung | Im Fokus | Onlineartikel

Mit Seltenen Erden zu neuen Materialien

Autor:
Dieter Beste
2:30 Min. Lesedauer

Hightech aus der Retorte: Chemiker möchten bislang unbekannte molekulare Stoffe kreieren, indem sie Seltenerdelemente im Zentrum von Sandwich-Komplexen ansiedeln.

Mit ihren Reinhart Koselleck-Projekten fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gezielt "risikoreiche" Forschungsvorhaben: Die Umsetzung kreativer Ideen mit offenem Ausgang – diesen Traum dürfen Forscher nur selten träumen. Peter Roesky ist einer der wenigen Glücklichen. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – hier ist Roesky Leiter des Lehrstuhls für Anorganische Funktionsmaterialien am Institut für Anorganische Chemie – erforscht er jetzt mit seinem Team im Rahmen des DFG-Programms sogenannte Sandwich-Komplexe.

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Was sind Komplexe?

Der Komplexbegriff wird anhand der geschichtlichen Entwicklung eingeführt.

Komplex- oder Koordinationsverbindungen sind Stoffe, die sich aus der Verbindung zweier auch selbstständig existenzfähiger Verbindungen ergeben, erklären die Autorinnen Angelika Fallert-Müller, Birgit Jarosch und Angela Simeon in "Pocket Guide Chemie" auf Seite 83: "Sie bilden ein Ganzes mit charakteristischen Eigenschaften und Reaktionen und unterscheiden sich von Salzen, da sie in Lösung nur in geringem Maße in ihre Bestandteile dissoziieren. Komplexe bestehen aus einem Zentralatom (meist ein Metallatom oder -Ion) und den Liganden (anorganische oder organische Atome und Moleküle), die es umgeben."

Peter Roesky verfolgt nun die Strategie, auf Basis solcher Komplexverbindungen zu neuen Materialien vorzudringen. Seine Idee: Als Metallatome im Zentrum der komplexen Moleküle, die in ihrer Struktur einem Sandwich ähneln (siehe Birgit Weber, "Koordinationschemie", Seite 39), sollen verschiedene Elemente aus der Gruppe der Seltenen Erden fungieren. Die Versuchsmoleküle unterscheiden sich von bekannten Molekülen außerdem in der Art ihrer Ringstrukturen, so die Karlsruher Forscher. Neben dem Element Kohlenstoff bestehen die Ringe aus einem variablen Anteil weiterer Elemente, wobei die Forscher mit verschiedenen Ringgrößen experimentieren. Im Projekt soll die Größe und die Beschaffenheit der Ringe systematisch variiert werden, um ein Struktur-Wirkungsprinzip zu erstellen. "Wir untersuchen, welchen Einfluss die Struktur der Sandwich-Komplexe auf ihre physikalischen Eigenschaften hat", sagt Roesky. "Insbesondere erforschen wir Magnetismus und Lumineszenz der Moleküle."

Bereicherung der Hightech-Welt

Die Seltenen Erden – in der Vergangenheit eine eher als unbedeutend erachtete Nebengruppe des Periodensystems der Elemente – sind heute oft zentraler Bestandteil von Hightech-Produkten. Es sind ihre besonderen physikalischen und chemischen Eigenschaften, die sie etwa für Leuchtstoffe, Magnete, Wasserstoffspeichermaterialien oder Katalysatoren attraktiv machen. Einen Überblick über die Anwendungen der Seltenen Erden in metallischen Werkstoffen geben Erhard Hornbogen, Hans Warlimont und Birgit Skrotzki in "Metalle" (Seite 406). Mit der Herstellung von Sandwich-Komplexen auf Basis Seltener Erden betritt Roesky praktisch Neuland. Die Karlsruher Wissenschaftler hoffen unter anderem darauf, Moleküle zu erhalten, die sich wie winzige Magnete verhalten, sogenannte Einzelmolekülmagnete. Auch spekulieren sie darauf, mit ihren innovativen Sandwich-Komplexen, später optimierte Displays herstellen zu können. Oder… "unser Projekt dient dazu, das Grundlagenverständnis für diese neuartigen Stoffe zu schaffen", sagt Peter Roesky.
 

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