Ionic liquids (ILs) have made a great impact on materials science and are being explored for potential applications in several disciplines. In this article, we briefly highlight the current state-of-the-art techniques employing ILs as new crystallisation media, working as neutral solvent, template or charge compensating species. The use of an IL as environmental friendly solvent offers many advantages over traditional crystallisation methods. The change from molecular to ionic reaction media leads to new types of materials being accessible. Room temperature ILs have been found to be excellent solvent systems for the crystallisation of a wide range of substances and morphologies ranging from nanoscopic crystals to micro- and even to macroscopic crystals. Moreover, high temperature routes, such as crystallisation from melts or gas phase deposition, have been replaced by convenient room or low temperature syntheses, employing ILs as reaction media. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

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The crystal structure of a new bismuth-based light-absorbing material for the application in solar cells was determined by single crystal X-ray diffraction for the first time. (CH3NH3)3(Bi2I9) (MBI) is a promising alternative to recently rapidly progressing hybrid organic–inorganic perovskites due to the higher tolerance against water and low toxicity. Single crystal X-ray diffraction provides detailed structural information as an essential prerequisite to gain a fundamental understanding of structure property relationships, while powder diffraction studies demonstrate a high degree of crystallinity in thin films.

Transition-metal chemistry in ionic liquids (IL) has achieved intrinsic fascination in the last few years. The use of an IL as environmental friendly solvent, offers many advantages over traditional materials synthesis methods. The change from molecular to ionic reaction media leads to new types of materials being accessible. Room-temperature IL have been found to be excellent media for stabilising transition-metal clusters in solution and to crystallise homo- and heteronuclear transition-metal complexes and clusters. Furthermore, the use of IL as solvent provides the option to replace high-temperature routes, such as crystallisation from the melt or gas-phase deposition, by convenient room- or low-temperature syntheses. Inorganic IL composed of alkali metal cations and polynuclear transition-metal cluster anions are also known. Each of these areas will be discussed briefly in this contribution. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Ionic liquids (ILs) have made a great impact on materials science and are being explored for potential applications in several disciplines. In this article, we briefly highlight the current state-of-the-art techniques employing ILs as new crystallisation media, working as neutral solvent, template or charge compensating species. The use of an IL as environmental friendly solvent offers many advantages over traditional crystallisation methods. The change from molecular to ionic reaction media leads to new types of materials being accessible. Room temperature ILs have been found to be excellent solvent systems for the crystallisation of a wide range of substances and morphologies ranging from nanoscopic crystals to micro- and even to macroscopic crystals. Moreover, high temperature routes, such as crystallisation from melts or gas phase deposition, have been replaced by convenient room or low temperature syntheses, employing ILs as reaction media. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Treatment of the diethyl ester of o-phenylenebis(oxamic acid) (opbaH2Et2, 1) with 5/6 equivalent of MeNH2 in abs. EtOH results in the exclusive formation of the ethyl ester of o-phenylene(N′-methyl oxamide)(oxamic acid) (opooH3EtMe, 2) in ca. 50% yield. Treatment of 2 with four equivalents of [Me4N]OH followed by the addition of Cu(ClO4)2·6H2O gave [Me4N]2[Cu(opooMe)]·H2O (3A) in ca. 80% yield. As 3A appears to be a hygroscopic solid, the related [nBu4N]+ salts [nBu4N]2[M(opooMe)]·H2O (M = Cu (3B), Ni (4)) have been synthesized. By addition of two equivalents of [Cu(pmdta)(NO3)2] to a MeCN solution of 3B the novel asymmetric trinuclear complex [Cu3(opooMe)(pmdta)2](NO3)2 (5) could be obtained in ca. 90% yield. Compounds 2, 3A, 3B, 4 and 5 have been characterized by elemental analysis and NMR/IR spectroscopy. Furthermore, the solid state structures of 3A in the form of [Me4N]2[Cu(opooMe)]·MeOH (3A′), 3B in the form of [nBu4N]2[Cu(opooMe)] (3B′), 4 in the form of [nBu4N]2[Ni(opooMe)]·1.25H2O (4′) and 5 in the form of [Cu3(opooMe)(pmdta)2] (NO3)2·3MeCN (5′), respectively, have been determined by single-crystal X-ray diffraction studies. By controlled cocrystallization, diamagnetically diluted 3B (1%) in the host lattice of 4 (99%) in the form of single crystals have been made available, allowing single crystal EPR studies to extract all components of the g-factor and the tensors of onsite CuA and transferred NA hyperfine interaction. Out of these studies the spin density distribution of the [Cu(opooMe)]2− complex fragment could be determined. The magnetic properties of 5 were studied by susceptibility measurements versus temperature. An intramolecular J parameter of −65 cm−1 has been obtained, unexpectedly, as 5 should possess two different J values due to its two different spacers between the adjacent CuII ions, namely an oxamate (C2NO3) and an oxamidate (C2N2O2) fragment. This unexpected result is explained by a summarizing discussion of the experimentally obtained EPR results (spin density distribution) of 3B, the geometries of the terminal [Cu(pmdta)]2+ fragments of 5 determined by X-ray crystallographic studies and accompanying quantum chemical calculations of the spin density distribution of the mononuclear [Cu(opooMe)]2− and of the magnetic exchange interactions of trinuclear [Cu3(opooMe)(pmdta)2]2+ complex fragments. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Im Mittelpunkt dieser Arbeit standen die Darstellung und Charakterisierung ternärer Bismutsubchloride unter Einbau von Übergangsmetallen der 8., 9. und 10. Gruppe. Durch Vorlage eines hohen Chloranteils in der Synthese wurde die "chemische Schere" der Oxidation so stark wirksam, dass in den Verbindungen die gewünschten voneinander isolierten Cluster aus Metallatomen vorlagen. Die Verbindungen Bi12PtCl12, Bi12-xRhCl13-x, Bi12-xIrCl13-x (x < 1) und Bi6,67PtCl12 wurden als Pulver und als Kristalle durch Festkörperreaktionen bei 1273 K in Quarzglasampullen hergestellt. Die schwarz glänzenden, würfelförmigen Kristalle sind luftstabil, in verdünnten Mineralsäuren und in organischen Lösungsmitteln beständig. Die Zusammensetzungen wurden mit EDX-Analysen und Röntgenbeugung am Einkristall bestimmt. Zur weiteren Charakterisierung wurden quantenchemische Rechnungen, ramanspektroskopische Untersuchungen, Messungen der magnetischen Suszeptibilität und der elektrischen Leitfähigkeit durchgeführt. Kristalle der Verbindung Bi12PtCl12 täuschen ein rhomboedrisches Kristallsystem vor, die Struktur konnte in der Raumgruppe P 1 als nahezu perfekter Inversionszwilling eines Achsendrillings gelöst werden. Auf den Eckplätzen der pseudorhomboedrischen Elementarzelle befinden sich [PtBi6Cl12]2- -Cluster und in der Mitte ein (Bi6)2+ -Polykation. Dieses (Bi6)2+ -Polykation in Form eines geöffneten Oktaeders bestätigt experimentell Vorhersagen von Kuznetsov et al. Nach den Regeln von Wade ist das Polykation mit 2 x 6 + 4 = 16 Gerüstelektronen als nido-Cluster zu verstehen. Die Schwerpunkte der Anionen und Kationen fügen sich zu einer dem CsCl-Typ analogen Anordnung zusammen. Mit einer vollständigen Besetzung aller Bismutlagen in der Mitte der Elementarzelle kann Bi12PtCl12 eine Schlüsselrolle zugeordnet werden, die sozusagen den Prototyp für diesen Strukturtyp darstellt. Die weiteren Verbindungen stellen unterbesetzte Varianten dar und können von Bi12PtCl12 abgeleitet werden. Im Verlauf der Untersuchungen zu den ternären Subchloriden in den Systemen wurden wenige Kristalle der binären Verbindung Bi7Cl10 erhalten. Die Tatsache, dass es sich um eine neue binäre Phase im recht stark untersuchten Gebiet Bismut-Chlor handelte führte zu einer neuerlichen, systematischen Überprüfung des Systems Bi/Cl. Mittels thermischer Analysen wurde das Zustandsdiagramm Bi/BiCl3 präzisiert. Bi7Cl10 zersetzt sich bereits bei 190 °C peritektoid in Bi6Cl7 und BiCl3 Bi7Cl10(s) = Bi6Cl7(s) + BiCl3(g). Das Zustandsbarogramm des binären Systems wurde über Gesamtdruckmessungen im Membran-Nullmanometer erstmalig bestimmt. Aus den Druckfunktionen der Bismutchloride sowie aus Messungen der Molwärme von Bi6Cl7 wurden die thermodynamischen Standarddaten abgeleitet. Unter Verwendung dieser Daten wurden thermodynamische Modellierungen der Festkörper-Gasphasen-Gleichgewichte durchgeführt, mit deren Hilfe die Synthese von Bi7Cl10 optimiert werden konnte. Die phasenreine Gasphasenabscheidung von Bi7Cl10 ist aufgrund der Kondensation der dominierenden Gasphasenspezies BiCl und BiCl3 im Existenzbereich der Verbindung oberhalb des Zersetzungspunktes (190 °C) nicht möglich. Im Existenzgebiet von Bi7Cl10 kommt der Transport dann wegen der resultierenden Partialdrücke unmittelbar zum Erliegen. Aus Röntgenbeugungsuntersuchungen an Einkristallen geht hervor, dass Bi7Cl10 bei Raumtemperatur in der tetragonalen Raumgruppe I 41/a c d mit a = 28,235(3) und c = 39,950(4) Å kristallisiert (Z = 64). Analog zu Bi6Cl7 = ((Bi9)5+)[(Bi3Cl14)5-] kann Bi7Cl10 unter Verdopplung der Summenformel als ((Bi9)5+)[(Bi5Cl20)5-] formuliert werden. In der Kristallstruktur sind Polykationen (Bi9)5+, welche die Gestalt zweifach überkappter trigonaler Prismen haben, in ein Chlorobismutat(III)-Raumnetzwerk [(Bi5Cl20)5-] eingebettet. Die Polykationen und das Anionennetzwerk sind deutlich voneinander separiert.

The phase diagram of the Mg-Pd system was redetermined in the range from 50 at. % Mg to 100 at. % Mg. It contains several intermediate phases with some of them being complex metallic alloy phases (CMAs), i.e., characterized by (i) giant unit cells with more than hundred atoms, (ii) inherent disorder, (iii) the presence of a cluster substructure. Phase fields and heterogeneous equilibria of the intermediate phases β- Mg6Pd, γ-Mg57Pd13, δ-Mg56.4Pd13.6, ε-Mg306Pd77, ζ-Mg64Pd17, η-Mg3Pd, θ-Mg5Pd2, ι- Mg2Pd and κ-MgPd were determined. The first five phases are CMAs with Mackay clusters as fundamental structural units. The crystal structure of the most magnesium-rich compound β-Mg6Pd was redetermined. It was found to be more complicated than previously thought due to correlated disorder of only two atom sites in the cubic unit cell. The γ-, ε- and ζ-phases form in a small window of temperature (50 oC) and composition (3 at. %) close to 80 at. % Mg. A new structure type was assigned to Mg3Pd (Cu3P, P63cm). The single phase field of the θ-phase is caused by constitutional vacancies. The new ι-phase crystallizes with NiTi2 structure-type. / Das Phasendiagramm des Systems Mg–Pd wurde im Bereich von 50 bis 100 At.-% Mg neu bestimmt. In diesem Phasendiagramm finden sich mehrere intermediäre Phasen, darunter auch komplexe intermetallische Verbindungen (engl.: complex intermetallic alloys, CMAs). CMAs sind charakterisiert durch (i) große Elementarzellen mit mehr als einhundert Atomen, (ii) intrinsischer Fehlordnung und (iii) dem Vorhandensein einer Cluster- Substruktur. Die Phasenfelder und heterogenen Gleichgewichte der intermediären Phasen β-Mg6Pd, γ- Mg57Pd13, δ-Mg56.4Pd13.6, ε-Mg306Pd77, ζ-Mg64Pd17, η-Mg3Pd, θ-Mg5Pd2, ι-Mg2Pd und κ- MgPd wurden bestimmt. Die ersten fünf der eben genannten Phasen sind CMAs mit Mackay Clustern als fundamentales strukturelles Einheit. Alle übrigen Phasen besitzen einen einfacheren kristallografischen Aufbau. Die Kristallstruktur der Mg-reichsten Verbindung β-Mg6Pd wurde neu bestimmt und ist weitaus sich als komplizierter als bisher angenommen. Die Ausdehnung des Einphasenfeldes von β-Mg6Pd lässt sich jedoch sehr einfach mit korrelierter Fehlordnung von lediglich zwei Atomen in der kubischen Elementarzelle verstehen. Die γ-, ε-, und ζ-Phasen bilden sich in einem schmalen Temperatur- (50 °C) und Zusammensetzungsbereich (3 at. %) nahe 80 at. % Mg. Der Verbindung Mg3Pd (Cu3P, P63cm) wurde ein neuer Strukturtyp zugewiesen. Die Ausdehnung des Einphasenfeldes der θ-Phase lässt sich mit dem Einbau konstitutioneller Leerstellen erklären. Die neue ι-Phase kristallisiert im NiTi2 Strukturtyp.

Photosystem I (PSI) aus dem thermophilen Cyanobakterium Thermosynechococcus elongatus ist ein transmembraner Protein-Pigment-Superkomplex der photosynthetischen Elektronentransportkette. Er wandelt die Energie des Lichts in elektrische Energie mit einer Quanteneffizienz von nahezu 100 % um. Dazu uberträgt PSI Elektronen von Plastocyanin bzw. Cytochrom c6 (Cyt c6) auf Ferredoxin. Die Struktur des PSI wurde bereits 2001 mit einer Auflösung von 2,5 Å beschrieben (Jordan et al. 2001). Es lässt sich zur Generierung von Photoströmen auf Elektrodenoberflächen assemblieren und zur Produktion von Biokraftstoffen mit Enzymen koppeln. Die elektrische Kontaktierung des PSI mit Elektrodenoberflächen kann durch Komplexierung mit dem mitochondrialem Cytochrom c aus Pferdeherz (Cyt cHH) erhöht werden. Aufgrund der Nutzbarkeit dieses Proteinkomplexes sollte geklärt werden, wie PSI und Cyt cHH wechselwirken und wie sich die Interaktion von der des nativen PSI-Cyt c6-Komplexes unterscheidet. Deshalb lag der Fokus meiner Arbeit darauf, die Bindung des Cyt c6 und seines Analogons Cyt cHH an PSI mit kinetischen, kalorimetrischen, theoretischen und strukturellen Methoden zu untersuchen. Das Cyt c6 bindet im reduzierten Zustand an PSI und verringert nach erfolgtem Elektronentransfer seine Affinität. Das Cyt cHH bindet dagegen sowohl im reduzierten als auch im oxidierten Zustand an PSI. Mit Hilfe der kinetischen Messungen habe ich Bedingungen identifiziert, unter denen PSI mit dem jeweiligen Cytochrom c einen stabilen Komplex eingeht. Mit Hilfe eines rigid-body dockings wurden potenzielle Bindungsstellen der beiden Cytochrome berechnet. Fur Cyt c6 ergab sich eine spezifische Bindungsstelle, die eine gute Übereinstimmung mit den von mir gemessenen Kinetiken sowie mit weiteren Literaturdaten zeigt. Diese Bindungsstelle korreliert mit der veröffentlichten Kostruktur des bakteriellen Reaktionszentrums mit Cyt c2 aus Rhodobacter sphaeroides. Demgegenüber sind mehrere Cyt cHH-Bindungsstellen ... / Photosystem I (PSI) from the thermophilic cyanobacterium Thermosynechococcus elongatus is a membrane-bound, multipigment protein supercomplex. It converts light to electrochemical energy with a quantum efficiency of almost 100 %. It reduces the luminal proteins plastocyanin and cytochrome c6 (Cyt c6) to oxidize the stromal protein Ferredoxin. The structure of PSI has been solved in 2001 at a resolution of 2,5 Å (Jordan et al. 2001). PSI can be assembled on an electrode surface to produce photocurrents and the generated electrons can be used for the production of biofuels. The mitochondrial cytochrome c from horse heart (Cyt cHH) binds strongly to both, PSI and the electrode surface, and can therefore be applied to improve the electrical coupling. Due to the practical use of the PSI-Cyt c complex, the aim of my thesis is to characterize the interaction of PSI with Cyt c6 and the analog Cyt cHH. To this end, the binding of both cytochromes to PSI was analyzed by kinetic, calorimetric, theory-based and structural methods. Cyt c6 binds to PSI while being reduced and decreases its affinity after transferring its electron. In contrast, Cyt cHH binds to PSI in both oxidation states, reduced and oxidized, with identical affinity. By means of kinetic measurements, I identified conditions in which PSI forms a stable complex with either of the two cytochromes. The positions of the cytochrome binding sites at PSI were calculated by a rigid-body docking. For the calculation with Cyt c6, the majority of the potential binding sites are located at the luminal side of PSI, close to P700. The theoretic properties of one of these binding sites are in good agreement with my own kinetic measurements and literature data. The position and orientation of Cyt c6 in this theoretic binding site is almost identical to the localization of Cyt c2 in cocrystals with the bacterial reaction center from Rhodobacter sphaeroides. The potential Cyt cHH binding sites are uniformly distributed over ...

Systematic synthetic investigations of the quaternary systems Ag - Bi - Q - X (Q = S, Se; X = Cl, Br) led to a variety of quaternary phases that exhibit considerable structural diversity with increasing complexity. These include Ag1.2Bi17.6S23Cl8, AgBi4Se5Br3 and numerous members of the homologous double series Agx(N+1)Bi2+(1-x)(N+1)Q2+(2-2x)(N+1)X2+(2x-1)(N+1) denoted (N, x)P. N represents the order number of a given homologue and x is the degree of substitution of Bi by Ag with 1/2 <= x <= 1. Their structures are built up from two alternating types of modules denoted A and B that are stacked parallel to (001). In module A, rows of edge-sharing [MZ6] octahedra (Z = X and/or Q); M = Ag and/or Bi) running parallel to [010] alternate along [100] with parallel chains of paired monocapped trigonal prisms around Bi atoms. The module type denoted B represents NaCl-type fragments of varying thickness. It is defined by the number N of octahedra within the chain of edge-sharing octahedra running diagonally across it in the (010) plane of the structure. The thickness of module B for current members of the series extends from N = 0 to N = 7. All structures exhibit Ag/Bi disorder in octahedrally coordinated metal positions and Q/X (Q = S, Se; X = Cl, Br) mixed occupation of some anion positions. Some of these compounds are narrow gap semiconductors.