Fullerene stellen geschlossene Käfigstrukturen dar und bilden somit neben Graphit und Diamant die dritte Modifikation des Kohlenstoffs. Bereits 1970 wurden Fullerene theoretisch vorhergesagt und 1985 erfolgreich synthetisiert. Sie bilden sphärische Strukturen mit der allgemeinen Schreibweise C2n (n ist ganzzahlig). Im Allgemeinen sind Fullerene aus Kohlenstofffünfecken und -sechsecken aufgebaut. Aufgrund der entstehenden sterischen Spannung bei kondensierten Fünfringen, wurde die Regel der isolierten Fünfringe (IPR-Regel) postuliert. Durch die unterschiedliche Anordnung der Kohlenstoffringe ergeben sich eine Vielzahl verschiedener Strukturisomere, welche im Fullerenatlas von FOWLER und MANOLOPOULOS verzeichnet sind.
Aufgrund des Hohlraumes im Inneren der „leeren“ Fullerene ist es möglich, weitere Atome aufzunehmen. Für das in dieser Arbeit vorrangig untersuchte Fulleren C80-Ih beträgt der Innendurchmesser 8,2 Å. Metalle, insbesondere Lanthanoide, eignen sich sehr gut für die endohedrale Fullerensynthese. Die eingeschlossene (endohedrale) Spezies kann hierbei verschiedene Positionen einnehmen und nicht entweichen – das Fulleren wirkt als allseitiger Käfig. Allgemein ergibt sich für endohedrale Fullerene die Schreibweise Xy@C2n. Das eingeschlossene Metall behält dabei seine, beispielsweise magnetischen, Eigenschaften, die nach außen wirken, sodass die Grundlage für mögliche Anwendungen gebildet wird.
Kommt es zum Einschluss von Metallen und nichtmetallischen Spezies, werden sogenannte Clusterfullerene gebildet. Je nach Zentralion werden verschiedene Clusterfullerenfamilien gebildet (s. Kapitel 2.1). Durch solch einen Clustereinschluss können auch Nicht-IPR-Isomere stabilisiert werden. In dieser Arbeit werden endohedrale Fullerene mit Kohlenstoff und Stickstoff als zentrales Clusteratom synthetisiert und untersucht.
Die Entdeckung des Carbidoclusterfullerens Lu2TiC@C80 und Untersuchungen von Dy2TiC@C80 bilden die Grundlage der hier vorgestellten Isolierung von DyYTiC@C80 (s. Kapitel 3). Die Besonderheit hierbei ist die Doppelbindung innerhalb des Clusters und das Vorhandensein von drei unterschiedlichen endohedralen Metallen. Neben der Synthese werden insbesondere die magnetischen Eigenschaften untersucht. Endohedrale Fullerene können sogenannte Einzelmolekülmagnete (single-molecule magnets, SMM) bilden und ihre magnetische Ausrichtung über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten.
In Kapitel 4 wird die Synthese und Isolierung von Nitridclusterfullerenen vorgestellt. Neben dem klassischen Ansatz mittels chromatographischer Trennung für La-Sc-Nitridclusterfullerene (Kapitel 4.1) wird eine weitere Trennungsmethode angewandt. Dy-Sc-Nitridclusterfullerene werden hierbei nach der SAFA-Methode und durch Fällungsreaktionen mit Lewis-Säuren isoliert (Kapitel 4.3 und 4.4).
Kapitel 5 dieser Arbeit widmet sich der Derivatisierung von Nitridclusterfullerenen. Es werden unterschiedliche Reaktionswege beleuchtet, sowie die Eigenschaften nach den durchgeführten Additionsreaktionen untersucht. Besonderes Augenmerk wird hierbei auf Strukturveränderungen und magnetische Eigenschaften gelegt. Mit Hilfe solcher Funktionalisierungen ist es möglich, endohedrale Clusterfullerene, insbesondere SMM, für verschiedene Anwendungen nutzbar zu machen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:31841 |
| Date | 01 October 2018 |
| Creators | Brandenburg, Ariane |
| Contributors | Weigand, Jan J., Büchner, Bernd, Weigand, Jan J., Popov, Alexey, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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