Die vorliegende Arbeit entstand im Zeitraum 12/2014 bis 02/2018 im erweiterten Rahmen des BMWi-Projekts „NeoKarII“ in Kooperation mit der Umicore AG & Co. KG. Das Projekt befasste sich mit der Suche nach neuartigen, oxidischen Elektrodenmaterialien für Polymerelektrolytmembranbrennstoffzellen (PEM-FC). Im Rahmen dieser Arbeit wurden Niob- und Tantal-dotierte Zinnoxide mit verschiedenen Dotiergraden (hauptsächlich 1 bis 10 %) über Sol-Gel Synthesen, Imprägnierungen und Co-Fällung hergestellt. Für die Co-Fällungen wurde eine MicroJet-Reaktor Anlage entwickelt und aufgebaut. Die Materialien wurden anschließend röntgenografisch untersucht und auf ihre Eignung für die Anwendung als Katalysatorträgermaterial in PEM-FC geprüft. Als Zielgrößen dienten die BET-Oberfläche und spezifische Leitfähigkeit, welche mit einem eigens entwickelten Leitfähigkeitsmessstand ermittelt wurde.:1 Einleitung 1.1 Brennstoffzellen 1.2 Methoden zur Synthese der Mischoxide 1.3 Eigenschaften von Zinnoxiden 1.4 Zielsetzung 2 Ergebnisse und Diskussion 2.1 Synthesen und Beobachtungen 2.2 Röntgenfluoreszenzanalyse 2.3 Pulver-Röntgendiffraktometrie 2.4 BET-Oberfläche 2.5 Leitfähigkeit 2.6 Röntgenphotoelektronenspektroskopie 3 Experimenteller Teil 3.1 Synthesen 3.2 Analytische Methoden 4 Zusammenfassung und Ausblick 4.1 Zusammenfassung 4.2 Ausblick 5 Anhang / This thesis was developed between 12/2014 and 02/2018 in an extended framework of BMWi project „NeoKarII “ in cooperation with Umicore AG & Co. KG. The project was concerned with the search for novel oxidic electrode materials for polymer electrolyte fuel cells (PEM-FC). In this work we prepared niobium- and tantalum-doped tin oxides with different doping levels (mainly 1 to 10 %) by sol-gel synthesis, impregnation and co-precipitation. For co-precipitation we developed and built a MicroJet reactor plant. We analysed the materials by X-ray diffraction and tested them for suitability for use as catalyst support material in PEM-FC. Target values were BET surface area and specific conductivity, which was determined using a specially developed conductivity measurement setup.:1 Einleitung 1.1 Brennstoffzellen 1.2 Methoden zur Synthese der Mischoxide 1.3 Eigenschaften von Zinnoxiden 1.4 Zielsetzung 2 Ergebnisse und Diskussion 2.1 Synthesen und Beobachtungen 2.2 Röntgenfluoreszenzanalyse 2.3 Pulver-Röntgendiffraktometrie 2.4 BET-Oberfläche 2.5 Leitfähigkeit 2.6 Röntgenphotoelektronenspektroskopie 3 Experimenteller Teil 3.1 Synthesen 3.2 Analytische Methoden 4 Zusammenfassung und Ausblick 4.1 Zusammenfassung 4.2 Ausblick 5 Anhang

Biocere verkörpern eine neue Klasse von keramischen Funktionswerkstoffen, deren Eigenschaften entscheidend von den konkreten Herstellungsbedingungen beeinflusst werden. Am Beispiel ausgewählter Biocere mit immobilisierten vegetativen Zellen und Sporen von Bacillus sphaericus JG-A12 wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Zusammenhänge zwischen Gefügeausbildung und Funktionalität, besonders unter dem Gesichtspunkt metallbindender Eigenschaften, untersucht. Mit Hilfe von Fluoreszenzfarbstoffen konnte die räumliche Verteilung der Biokomponente in der Matrix, die Überlebensfähigkeit der immobilisierten vegetativen Zellen und das Verhalten von Bakteriensuspensionen in Gegenwart von verschiedenen Metallionen untersucht werden. Mit ionensensitiven Fluoreszenzfarbstoffen wurde die Aufnahme von Kupfer(II) und Nickel(II) in lebende Bakterien unter Kontrolle des physiologischen Status der Zellen verfolgt. Es wurde nachgewiesen, dass die Aufnahme von Metallionen von der Erhöhung des intrazellulären Ca2+-Spiegels begleitet und die Aufnahmeraten sowie die Ca2+-abhängige Zellantwort stammspezifisch und von der Konzentration der Metallsalzlösung abhängig sind. Durch Immobilisierung bakterieller Sporen in dünnen Sol-Gel-Schichten konnten langzeitlagerfähige Biokeramiken erzeugt werden, die sich durch die Aktivierung mit einem 1:1 Komplex aus Ca2+ und Dipicolinsäure gezielt aus Ruhephasen in biologisch aktive Zustände schalten ließen. Im Durchschnitt führt die vorherige Aktivierung der Sporen mit Ca2+-DPA zu einer fünf- bis achtfach erhöhten Keimungsrate. Mit Hilfe einer kapazitiven Messanordnung wurden darüber hinaus an diesen Schichten während der Keimung auftretende mechanische Spannungszustände nachgewiesen und quantifiziert. Biocere unterliegen während ihrer Nutzung als Filtermaterialien überwiegend durch mikrobielle Einflüsse hervorgerufenen Materialveränderungen, die mit licht- und rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen nachgewiesen wurden. Diese Untersuchungen sind als Teil eines Monitoring-Systems zur kontinuierlichen Überwachung von Filtersystemen denkbar. / Biocers embody a new class of ceramic functional materials in which the properties are mainly determined by the specific production conditions. The interplay between structure formation and functionality of selected biocers containing immobilised vegetative cells and spores of Bacillus sphaericus JG-A12 was investigated under special consideration of metal binding properties. Spatial distribution of the bio-component inside the matrix, the viability of the immobilised vegetative cells, as well as the behaviour of cell suspensions in the presence of different metal ions were examined using fluorescence dyes. The uptake of copper(II) and nickel(II) ions into the living cells while monitoring of their physiological state were detected using different ion-sensitive fluorescence dyes. As expected, the uptake of metal ions was thereby accompanied by an increase of the intracellular Ca2+ level. Further, the uptake rate of metal ions and the Ca2+ dependent cellular reaction are strain-specific and depend on the metal ion concentration. Bioceramics suitable for long-term storage were produced through immobilisation of bacterial spores in thin sol-gel layers. The switch from the metabolic inactive to the active state of the bio-component was achieved by the activation with a 1:1 ratio of the chelate of Ca2+ and dipicolinic acid. The average germination rate after activation with Ca2+-DPA was increased by five- to eightfold. The mechanical stress conditions during the germination of spores inside these silica layers were measured and quantified using a capacitive deflection measurement. As filter materials, biocers are affected by microbial determined degrading impacts. Material alterations could be detected by light and scanning electron microscopic methods. Such investigations should be considered part and parcel of monitoring systems required for continuous checks of filter systems.

In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese von neuartigen Zinn(II)alkoxiden, deren Potential für die Zwillingspolymerisation und die Darstellung von zinnhaltigen organisch-anorganischen Nanokompositen beschrieben. Partielle Hydrolyse der Zinn(II)alkoxide führt zur Bildung von fünf- und sechskernigen Zinnoxidoclustern, die eine gute Löslichkeit in organischen polaren Lösungsmitteln besitzen. Eine Nachbehandlung der durch Zwillingspolymerisation erhaltenen Hybridmaterialien unter reduzierenden Bedingungen (Ar/H2) liefert Nanokomposite bestehend aus Zinnnanopartikeln eingebettet in eine Kohlenstoff/Siliziumdioxid-Matrix. Weiterhin werden verschiedene metallhaltige Additive wie z.B. Carboxylate in der Zwillingspolymerisation verwendet und deren Eignung zur Darstellung von zinnhaltigen Nanokompositen sowie zur Legierungsbildung mit Zinn im Nanokomposit untersucht. Mit ausgewählten Materialien werden elektrochemische Messungen durchgeführt, wobei deren potentieller Einsatz als Anodenmaterial für Lithiumionen-Batterien geprüft wird (Kooperation BASF SE, Research Performance Materials GMV/P). Die Charakterisierung der neu synthetisierten Verbindungen und Nanokomposite erfolgt unter anderem mittels Einkristallröntgenstrukturanalyse, Röntgenpulverdiffraktometrie, NMR-Spektroskopie, Infrarotspektroskopie, Elektronenmikroskopie sowie thermischen Analysemethoden

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von unterschiedlichen nanostrukturierten Hybridmaterialien ausgehend von nur einem Monomer. Dabei wird ein neuartiges Monomer vorgestellt, welches in einem Prozessschritt ein Hybridmaterial bestehend aus drei Polymeren bilden kann. Dies erweitert das Konzept der Zwillingspolymerisation, bei der zwei Polymere aus einem Monomer erhalten werden. Aus diesem Grund wurde der Überbegriff „Mehrlingspolymerisation“ für die Synthese von zwei oder mehr Polymeren aus nur einem Monomer eingeführt. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der gezielten Beschichtung verschiedener Partikeloberflächen mit nanostrukturierten Hybridmaterialien mittels Zwillingspolymerisation. Dabei wird der Einfluss der Oberfläche auf die Polymerisation verschiedener Zwillingsmonomere untersucht. Durch Nachbehandlung sind daraus poröse Kompositmaterialien zugänglich. Je nach Beständigkeit der Substrate sind diese in den Nachbehandlungsschritten stabil oder werden entfernt und dienen nur als Template zur Strukturierung der porösen Materialien. Es wurden unterschiedliche poröse Kohlenstoffe und Kohlenstoffkompositmaterialien hergestellt und charakterisiert. Ausgewählte Materialien wurden mit Schwefel verschmolzen und in Lithium-Schwefel-Zellen untersucht (Kooperation Dr. S. Choudhury, Leibniz-Institut für neue Materialien Saarbrücken). Die Charakterisierung der Proben erfolgte unter anderem mithilfe der Festkörper-NMR-Spektroskopie, Elektronenmikroskopie, dynamischen Differenzkalorimetrie, Röntgenpulver-diffraktometrie, Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie, Thermogravimetrie und Stickstoffsorption.

Im Fokus dieser Arbeit stand die Methode Zwillingspolymerisation zur Synthese organisch-anorganischer Hybridmaterialien. Die simultane Zwillingspolymerisation wird als neues Konzept zur gezielten Herstellung homogener, nanostrukturierter Hybridmaterialien unterschiedlicher Zusammensetzung vorgestellt. Hierfür wurden die Zwillingsmonomere 2,2’-Spirobi[4H-1,3,2-benzodioxasilin] und 2,2 Dimethyl-4H-1,3,2-benzodioxasilin in einem Arbeitsschritt gemeinsam polymerisiert. Die erhaltenen Phenolharz-Siliciumdioxid/Dimethylsiloxan-Hybridmaterialien weisen aufgrund einstellbarer Syntheseparameter unterschiedliche Eigenschaftsprofile auf, die systematisch analysiert wurden. Die Charakterisierung der Produkte erfolgte mit Hilfe der Festkörper-NMR-Spektroskopie, Elektronenmikroskopie, DSC, TGA-MS, sowie durch Extraktionsversuche und die Erzeugung und Analyse poröser Materialien. Neben der simultanen Zwillingspolymerisation wird die Synthese, Charakterisierung und thermisch induzierte Polymerisation literaturunbekannter Silicium-Spiroverbindungen mit einfach- oder zweifach substituierter Salicylalkohol-Einheit beschrieben. Hierbei wurden nanostrukturierte Hybridmaterialien mit teils hohem löslichen Anteil erhalten. Die Produktbildung wird in Abhängigkeit von der Entstehung und Weiterreaktion gefundener Chinonmethid-Strukturen diskutiert.

In this work, mixed alkoxides of general formula [V(O)Nbx(OR)(3+5x)] (R = n-C3H7 and C2H5, x = 1, 4.5 and 9) are obtained. They are used to prepare complex (V/Nb)-pentoxides. Different spectroscopic methods, for example UV/VIS, resonance raman, infrared, temperature dependant 51V NMR and two dimensional 1H or 13C NMR, are used to elucidate structural details. It can be shown that the alkoxide precursor is a mixture of monomers and dimers which exchange very quickly. 2 % [V(O)Nb(OPr)8] (Pr = propyl) exists in a 0.1 molar solution. This complex is in equilibrium with V(O)(OPr)3 and Nb(OPr)5. Nb(OPr)5 itself exchanges with [Nb(OPr)5]2. For nuclear magnetic resonance experiments the exchange has to be slowed down using low temperatures.Controlled hydrolysis at 5 °C of a mixture of V(O)(OPr)3 and [Nb(OEt)5]2 in propanol leads to a clear transparent gel. The ratio of V : Nb is 1 : 1, 1 : 4.5 or 1 : 9, and oxalic acid is used as a chelating agent. Moreover, a dried product of a frozen solution of ammonium vanadate and ammonium oxyoxalatoniobate in water is found to be an appropriate precursor for the fore-mentioned oxides. Thermal decomposition of the gels and of the freeze dried products is monitored thermoanalytically and mass spectrometrically.The compositions of the resulting phases are examined and compared with the composition obtained via conventional synthesis (sintering of powder mixtures). Phases VNbxO(2.5+2.5x) (x = 1, 4.5 and 9) are obtained through the sol-gel technique and freeze drying at distinctly lower temperatures. VNbO5 crystallizes between 400 and 650 °C and V4Nb18O55 between 550 and 750 °C. A clean, non-reduced phase, VNb9O25, crystallizes above 1100 °C in oxygen. Below this temperature, solid solutions of V2O5 in TT- or M-Nb2O5 exist. Conventionally, pure VNbO5 is not obtainable. Some sol-gel synthesized products have the advantage of a more complete phase formation. In this way, a new phase of composition VNb9O25 can be found. The phase is homöotypic to M-Nb2O5.An additional advantage of the sol-gel synthesis lies in relatively high surface areas. Adversely, carbon remaining from the alcohol groups favours the thermodynamically stable phase VNb9O25 over the phase V4Nb18O55. Consequently, the freeze drying method seems to be the best way to get metastable phases in the system V2O5/x·Nb2O5.The formation of the complex oxides is controlled through the thermodynamics at phase boundaries. Therefore, to get mixed phases, structurally similar starting materials are preferred. In other words, using V2O5 and TT-Nb2O5 as starting materials the mixed phase similar to TT-Nb2O5 can be obtained. B-Nb2O5 as precursor yields another mixed phase similar to B-Nb2O5. In this work, this effect is called the "structure directing effect". It is explained through the consumption of free enthalpy at the phase boundaries.As an additional point, catalytic activities of the complex oxides are examined. Because of a synergism of the known good activity of V2O5 and the good selectivity of Nb2O5, a strongly enhanced activity of the mixed oxides is found. Large surface areas further improve the activity. Connections between oxygen partial pressure, band gap and catalytic activity are found. A dilution of V2O5 in Nb2O5 down to 10 mol-% also causes an enhancement of catalytic activity. / In der Arbeit werden durch die Synthese gemischter Alkoxide der Gesamtzusammensetzung [V(O)Nbx(OR)(3+5x)] (R = n-C3H7 und C2H5, x = 1, 4,5 und 9) sowie gefriergetrockneter Pulver Ausgangssubstanzen für gemischte, komplexe Vanadium- und Nioboxide erhalten. Untersuchungen mittels UV/VIS-, Resonanz-Raman- und IR-Spektroskopie sowie temperaturabhängiger 51V- und zweidimensionaler 1H-/13C NMR-Spektroskopie zeigen, dass es sich bei der Alkoxid-Vorstufe um ein Gemisch aus monomeren und dimeren Einheiten handelt, die in schnellem Gleichgewicht miteinander stehen. So liegt [V(O)Nb(OPr)8] als Donorkomplex vor, der im Gleichgewicht mit VO(OPr)3 und Nb(OPr)5 steht. Nb(OPr)5 steht wiederum im Gleichgewicht mit [Nb(OPr)5]2. Die Bildung und der Zerfall des Donorkomplexes erfolgen bei Raumtemperatur so schnell, dass er nur durch UV/VIS- und Resonanz-Raman-Spektroskopie sichtbar wird; bei der Kernresonanzspektroskopie muss der Austausch durch tiefe Temperaturen verlangsamt werden.Mittels kontrollierter Hydrolyse einer Mischung aus VO(OPr)3 und [Nb(OEt)5]2 in Propanol mit Oxalsäure als Chelatbildner und der Verlangsamung der Kondensation über die Erniedrigung der Temperatur wird ein homogenes, transparentes Gel aus V2O5 und Nb2O5 hergestellt. Daneben wird durch eine Lösung aus Ammoniumvanadat und Ammoniumoxyoxalatoniobat ein für die Gefriertrocknung geeigneter Precursor zur Synthese der Oxidphasen gefunden. Die Zersetzung des Gels und der gefriergetrockneten Pulver werden mittels DTA, TG und Massenspektrometrie untersucht und die Phasenausbildung mit der Reaktion von konventionellen Festkörpergemengen verglichen.Die dabei entstehenden metastabilen und thermodynamisch stabilen Phasen VNbxO(2,5+2,5x) (x = 1, 4,5 und 9) sind durch das Sol-Gel-Verfahren sowie durch die Gefriertrocknung bei deutlich niedrigeren Temperaturen und mit geringerem Fremdphasenanteil als bei der konventionellen Synthese erhältlich. VNbO5 existiert bis 650 °C, V4Nb18O55 bis 750 °C, darüber wandelt sich jede Zusammensetzung in VNb9O25 bzw. in verschiedene Nb2O5-Modifikationen und V2O5 um. Die Sol-Gel-Methode liefert im Vergleich zur Gefriertrocknung bei 900-1100 °C den Vorteil der schnelleren Phasenausbildung durch die größere Homogenität der Vorstufe. So erhält man Zwischenstufen, die sonst nur mit Beimengungen zu synthetisieren sind. In diesem Zusammenhang kann erstmalig eine zu M-Nb2O5 homöotype Verbindung der Zusammensetzung VNb9O25 erhalten werden. Ein weiterer Vorteil der Sol-Gel-Synthese ist der Erhalt größerer Oberflächen nach der Zersetzung. Nachteilig erscheinen jedoch bei einer Synthese bei tiefen Temperaturen (500-800 °C) die Alkoholatreste. So entstehen wesentlich eher die thermodynamisch begünstigten Phasen, z. B. VNb9O25 vor V4Nb18O55 und V4Nb18O55 vor VNbO5. Weiterhin macht sich die komplizierte Präparation der Gele bemerkbar; daher stellt im Allgemeinen die Gefriertrockung die Methode der Wahl dar.Die Ausbildung der komplexen Oxide erfolgt stark geprägt durch die Thermodynamik an den Phasengrenzen. Daher erfolgt eine bevorzugte Ausbildung strukturähnlicher Mischphasen. Diese erstmalig in diesem Ausmaß festgestellte Tatsache wird in der Arbeit der Strukturdirigierende Effekt genannt. Eine Erklärung dieses Effektes erfolgt anhand des Verbrauchs der Freien Enthalpie an den Phasengrenzen.Aufgrund eines Synergismus der Eigenschaften von V2O5 und Nb2O5 bei der oxidativen Dehydrierung von Propan zu Propen (relativ hohe katalytische Aktivität von V2O5 und hohe Selektivität von Nb2O5) wird eine überproportional hohe katalytische Aktivität bei den Mischoxiden erhalten. Die durch die unkonventionellen Methoden erhaltenen großen Oberflächen verbessern die Aktivität weiter. Es können Zusammenhänge festgestellt werden zwischen der Sauerstoffabgabetendenz, der Redoxkraft, der Bandlücke der Mischoxide und der katalytischen Aktivität. Die Einzigartigkeit des Nb2O5-Wirtsgitters bewirkt bei der Verdünnung von V2O5 darin eine hohe katalytische Leistungssteigerung.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von unterschiedlichen nanostrukturierten Hybridmaterialien ausgehend von nur einem Monomer. Dabei wird ein neuartiges Monomer vorgestellt, welches in einem Prozessschritt ein Hybridmaterial bestehend aus drei Polymeren bilden kann. Dies erweitert das Konzept der Zwillingspolymerisation, bei der zwei Polymere aus einem Monomer erhalten werden. Aus diesem Grund wurde der Überbegriff „Mehrlingspolymerisation“ für die Synthese von zwei oder mehr Polymeren aus nur einem Monomer eingeführt. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der gezielten Beschichtung verschiedener Partikeloberflächen mit nanostrukturierten Hybridmaterialien mittels Zwillingspolymerisation. Dabei wird der Einfluss der Oberfläche auf die Polymerisation verschiedener Zwillingsmonomere untersucht. Durch Nachbehandlung sind daraus poröse Kompositmaterialien zugänglich. Je nach Beständigkeit der Substrate sind diese in den Nachbehandlungsschritten stabil oder werden entfernt und dienen nur als Template zur Strukturierung der porösen Materialien. Es wurden unterschiedliche poröse Kohlenstoffe und Kohlenstoffkompositmaterialien hergestellt und charakterisiert. Ausgewählte Materialien wurden mit Schwefel verschmolzen und in Lithium-Schwefel-Zellen untersucht (Kooperation Dr. S. Choudhury, Leibniz-Institut für neue Materialien Saarbrücken). Die Charakterisierung der Proben erfolgte unter anderem mithilfe der Festkörper-NMR-Spektroskopie, Elektronenmikroskopie, dynamischen Differenzkalorimetrie, Röntgenpulver-diffraktometrie, Infrarotspektroskopie, Raman-Spektroskopie, Thermogravimetrie und Stickstoffsorption.

In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese von neuartigen Zinn(II)alkoxiden, deren Potential für die Zwillingspolymerisation und die Darstellung von zinnhaltigen organisch-anorganischen Nanokompositen beschrieben. Partielle Hydrolyse der Zinn(II)alkoxide führt zur Bildung von fünf- und sechskernigen Zinnoxidoclustern, die eine gute Löslichkeit in organischen polaren Lösungsmitteln besitzen. Eine Nachbehandlung der durch Zwillingspolymerisation erhaltenen Hybridmaterialien unter reduzierenden Bedingungen (Ar/H2) liefert Nanokomposite bestehend aus Zinnnanopartikeln eingebettet in eine Kohlenstoff/Siliziumdioxid-Matrix. Weiterhin werden verschiedene metallhaltige Additive wie z.B. Carboxylate in der Zwillingspolymerisation verwendet und deren Eignung zur Darstellung von zinnhaltigen Nanokompositen sowie zur Legierungsbildung mit Zinn im Nanokomposit untersucht. Mit ausgewählten Materialien werden elektrochemische Messungen durchgeführt, wobei deren potentieller Einsatz als Anodenmaterial für Lithiumionen-Batterien geprüft wird (Kooperation BASF SE, Research Performance Materials GMV/P). Die Charakterisierung der neu synthetisierten Verbindungen und Nanokomposite erfolgt unter anderem mittels Einkristallröntgenstrukturanalyse, Röntgenpulverdiffraktometrie, NMR-Spektroskopie, Infrarotspektroskopie, Elektronenmikroskopie sowie thermischen Analysemethoden

The acid and base catalyzed simultaneous twin polymerization (STP) of various 2,2′-disubstituted 4H-1,3,2-benzodioxasiline derivatives 2a–d with 2,2′-spirobi[4H-1,3,2-benzodioxasiline] (1) are presented in this paper. The products are nanostructured ternary organic–inorganic hybrid materials consisting of a cross-linked organic polymer, silica and a disubstituted polysiloxane. It can be demonstrated whether and in which extent the copolymerization of the two inorganic fragments of 1 and 2 takes place among the STP and how the molar ratio of the two components determines the structure formation of the resulting hybrid material. Steric and electronic effects of the substituents at the silicon center of 2 on the molecular structure formation and the morphology of the resulting hybrid material were investigated by means of solid state CP MAS 29Si and 13C NMR spectroscopy as well as high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM). The mechanical properties (hardness and Young's modulus) of the hybrid materials were analyzed by means of nanoindentation measurements. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

In this work, mixed alkoxides of general formula [V(O)Nbx(OR)(3+5x)] (R = n-C3H7 and C2H5, x = 1, 4.5 and 9) are obtained. They are used to prepare complex (V/Nb)-pentoxides. Different spectroscopic methods, for example UV/VIS, resonance raman, infrared, temperature dependant 51V NMR and two dimensional 1H or 13C NMR, are used to elucidate structural details. It can be shown that the alkoxide precursor is a mixture of monomers and dimers which exchange very quickly. 2 % [V(O)Nb(OPr)8] (Pr = propyl) exists in a 0.1 molar solution. This complex is in equilibrium with V(O)(OPr)3 and Nb(OPr)5. Nb(OPr)5 itself exchanges with [Nb(OPr)5]2. For nuclear magnetic resonance experiments the exchange has to be slowed down using low temperatures.Controlled hydrolysis at 5 °C of a mixture of V(O)(OPr)3 and [Nb(OEt)5]2 in propanol leads to a clear transparent gel. The ratio of V : Nb is 1 : 1, 1 : 4.5 or 1 : 9, and oxalic acid is used as a chelating agent. Moreover, a dried product of a frozen solution of ammonium vanadate and ammonium oxyoxalatoniobate in water is found to be an appropriate precursor for the fore-mentioned oxides. Thermal decomposition of the gels and of the freeze dried products is monitored thermoanalytically and mass spectrometrically.The compositions of the resulting phases are examined and compared with the composition obtained via conventional synthesis (sintering of powder mixtures). Phases VNbxO(2.5+2.5x) (x = 1, 4.5 and 9) are obtained through the sol-gel technique and freeze drying at distinctly lower temperatures. VNbO5 crystallizes between 400 and 650 °C and V4Nb18O55 between 550 and 750 °C. A clean, non-reduced phase, VNb9O25, crystallizes above 1100 °C in oxygen. Below this temperature, solid solutions of V2O5 in TT- or M-Nb2O5 exist. Conventionally, pure VNbO5 is not obtainable. Some sol-gel synthesized products have the advantage of a more complete phase formation. In this way, a new phase of composition VNb9O25 can be found. The phase is homöotypic to M-Nb2O5.An additional advantage of the sol-gel synthesis lies in relatively high surface areas. Adversely, carbon remaining from the alcohol groups favours the thermodynamically stable phase VNb9O25 over the phase V4Nb18O55. Consequently, the freeze drying method seems to be the best way to get metastable phases in the system V2O5/x·Nb2O5.The formation of the complex oxides is controlled through the thermodynamics at phase boundaries. Therefore, to get mixed phases, structurally similar starting materials are preferred. In other words, using V2O5 and TT-Nb2O5 as starting materials the mixed phase similar to TT-Nb2O5 can be obtained. B-Nb2O5 as precursor yields another mixed phase similar to B-Nb2O5. In this work, this effect is called the "structure directing effect". It is explained through the consumption of free enthalpy at the phase boundaries.As an additional point, catalytic activities of the complex oxides are examined. Because of a synergism of the known good activity of V2O5 and the good selectivity of Nb2O5, a strongly enhanced activity of the mixed oxides is found. Large surface areas further improve the activity. Connections between oxygen partial pressure, band gap and catalytic activity are found. A dilution of V2O5 in Nb2O5 down to 10 mol-% also causes an enhancement of catalytic activity. / In der Arbeit werden durch die Synthese gemischter Alkoxide der Gesamtzusammensetzung [V(O)Nbx(OR)(3+5x)] (R = n-C3H7 und C2H5, x = 1, 4,5 und 9) sowie gefriergetrockneter Pulver Ausgangssubstanzen für gemischte, komplexe Vanadium- und Nioboxide erhalten. Untersuchungen mittels UV/VIS-, Resonanz-Raman- und IR-Spektroskopie sowie temperaturabhängiger 51V- und zweidimensionaler 1H-/13C NMR-Spektroskopie zeigen, dass es sich bei der Alkoxid-Vorstufe um ein Gemisch aus monomeren und dimeren Einheiten handelt, die in schnellem Gleichgewicht miteinander stehen. So liegt [V(O)Nb(OPr)8] als Donorkomplex vor, der im Gleichgewicht mit VO(OPr)3 und Nb(OPr)5 steht. Nb(OPr)5 steht wiederum im Gleichgewicht mit [Nb(OPr)5]2. Die Bildung und der Zerfall des Donorkomplexes erfolgen bei Raumtemperatur so schnell, dass er nur durch UV/VIS- und Resonanz-Raman-Spektroskopie sichtbar wird; bei der Kernresonanzspektroskopie muss der Austausch durch tiefe Temperaturen verlangsamt werden.Mittels kontrollierter Hydrolyse einer Mischung aus VO(OPr)3 und [Nb(OEt)5]2 in Propanol mit Oxalsäure als Chelatbildner und der Verlangsamung der Kondensation über die Erniedrigung der Temperatur wird ein homogenes, transparentes Gel aus V2O5 und Nb2O5 hergestellt. Daneben wird durch eine Lösung aus Ammoniumvanadat und Ammoniumoxyoxalatoniobat ein für die Gefriertrocknung geeigneter Precursor zur Synthese der Oxidphasen gefunden. Die Zersetzung des Gels und der gefriergetrockneten Pulver werden mittels DTA, TG und Massenspektrometrie untersucht und die Phasenausbildung mit der Reaktion von konventionellen Festkörpergemengen verglichen.Die dabei entstehenden metastabilen und thermodynamisch stabilen Phasen VNbxO(2,5+2,5x) (x = 1, 4,5 und 9) sind durch das Sol-Gel-Verfahren sowie durch die Gefriertrocknung bei deutlich niedrigeren Temperaturen und mit geringerem Fremdphasenanteil als bei der konventionellen Synthese erhältlich. VNbO5 existiert bis 650 °C, V4Nb18O55 bis 750 °C, darüber wandelt sich jede Zusammensetzung in VNb9O25 bzw. in verschiedene Nb2O5-Modifikationen und V2O5 um. Die Sol-Gel-Methode liefert im Vergleich zur Gefriertrocknung bei 900-1100 °C den Vorteil der schnelleren Phasenausbildung durch die größere Homogenität der Vorstufe. So erhält man Zwischenstufen, die sonst nur mit Beimengungen zu synthetisieren sind. In diesem Zusammenhang kann erstmalig eine zu M-Nb2O5 homöotype Verbindung der Zusammensetzung VNb9O25 erhalten werden. Ein weiterer Vorteil der Sol-Gel-Synthese ist der Erhalt größerer Oberflächen nach der Zersetzung. Nachteilig erscheinen jedoch bei einer Synthese bei tiefen Temperaturen (500-800 °C) die Alkoholatreste. So entstehen wesentlich eher die thermodynamisch begünstigten Phasen, z. B. VNb9O25 vor V4Nb18O55 und V4Nb18O55 vor VNbO5. Weiterhin macht sich die komplizierte Präparation der Gele bemerkbar; daher stellt im Allgemeinen die Gefriertrockung die Methode der Wahl dar.Die Ausbildung der komplexen Oxide erfolgt stark geprägt durch die Thermodynamik an den Phasengrenzen. Daher erfolgt eine bevorzugte Ausbildung strukturähnlicher Mischphasen. Diese erstmalig in diesem Ausmaß festgestellte Tatsache wird in der Arbeit der Strukturdirigierende Effekt genannt. Eine Erklärung dieses Effektes erfolgt anhand des Verbrauchs der Freien Enthalpie an den Phasengrenzen.Aufgrund eines Synergismus der Eigenschaften von V2O5 und Nb2O5 bei der oxidativen Dehydrierung von Propan zu Propen (relativ hohe katalytische Aktivität von V2O5 und hohe Selektivität von Nb2O5) wird eine überproportional hohe katalytische Aktivität bei den Mischoxiden erhalten. Die durch die unkonventionellen Methoden erhaltenen großen Oberflächen verbessern die Aktivität weiter. Es können Zusammenhänge festgestellt werden zwischen der Sauerstoffabgabetendenz, der Redoxkraft, der Bandlücke der Mischoxide und der katalytischen Aktivität. Die Einzigartigkeit des Nb2O5-Wirtsgitters bewirkt bei der Verdünnung von V2O5 darin eine hohe katalytische Leistungssteigerung.