Synthese neuer Fluorido-/Fluoridborate

Das Projekt zielt ab auf die präparative systematische Erschließung neuer, bisher unbekannter Nor-maldruck- und Hochdruckphasen ternärer und multinärer Seltenerdfluoridoborate und Seltenerdfluoridborate. Besonders bedeutsam ist hierbei die Untersuchung jener Phasen, die kovalent an Bor gebundenes Fluor aufweisen (Fluoridoborate). Da es bis zum Beginn unserer orientierenden Arbeiten neben Gläsern nur zwei gut charakterisierte Seltenerdfluoridborat- Strukturtypen gab (mit insgesamt vier Verbindungen), sollte die Darstellung weiterer Verbindungen mit bisher unbekannten Zusammensetzungen und Strukturen sowohl unter Normaldruck als auch unter Hochdruck möglich sein. Die Normaldrucksynthesen werden in konventionellen Hochtemperaturöfen durchgeführt. Der Glasbildung, zu welcher das System der Fluorido-/Fluoridborate unter Normaldruck neigt, wird über die vorsichtige "druckinduzierte Kristallisation" entgegengetreten. Die Kenntnis dieser kristallinen Phasen könnte zum besseren Verständnis der glasartigen Phasen erheblich beitragen. Bzgl. der Hochdrucksynthesen hat sich in den letzten Jahren unsere bewährte Multianvil-Hochdruckpresse als außerordentlich nützlich erwiesen, da sich mit dieser Technik sowohl hohe Drücke (bis 25 GPa) als auch hohe Temperaturen (bis 2500 C) bei relativ großen Probenvolumina realisieren lassen. Durch die Anwendung solch extremer Synthesebedingungen können neue Phasen mit bisher unbekannten Zu-sammensetzungen, neue Strukturen mit ungewöhnlichen Strukturmotiven, interessante physi-kalische Eigenschaften und neue Zugänge zu bisher fremden Systemen erwartet werden. Die Hochdruckphasen können aufgrund ihrer höheren Dichte hochinteressante Materialeigenschaften (Fluoreszenz, Härte, Magnetismus, Piezoelektrizität) aufweisen. Auch spektroskopische Untersuchungen (UV/Vis, IR, Raman, NLO-Eigenschaften, Festkörper-NMR) werden in diesem Zusammenhang eine bedeutsame Rolle spielen. Die präparativen Arbeiten sollen durch in-situ-Diffraktionsexperimente in Laser-beheizten Diamantstempelzellen und in-situ-Multianvilexperimenten ergänzt werden, um Bereiche potentieller Hochdruckphasen schnell ausmachen zu können. Durch unsere neuartige präparative Herangehensweise an dieses bisher nahezu unerschlossene Gebiet der Festkörperchemie hoffen wir, eine Reihe neuer Materialien darstellen zu können, um sie dann auf ihre Materialeigenschaften hin zu untersuchen.

Ziel des Projektes war die Erschließung neuer Seltenerdfluorido- und Seltenerdfluoridborate basiert auf einer systematischen Herangehensweise unter Ausnutzung von Normal- und Hochdruck-Hochtemperatursynthesen. Die Normaldrucksynthesen wurden in konventionellen Hochtemperatur-öfen durchgeführt. Die Hochdrucksynthesen konnten mit Hilfe eines Multianvil-Moduls vom Walker-Typ und einer 1000 t Presse durchgeführt werden. Mit dieser Anlage ist es möglich, extreme Drücke von bis zu 25 GPa (250.000 bar) und hohe Temperaturen von bis zu 2500C zu realisieren. Neben den thermodynamischen Parametern Chemische Zusammensetzung und Temperatur, welche seit Beginn der chemischen Synthese variiert werden, können wir den zusätzlichen Parameter Druck einsetzen, um neue Gebiete für die Materialsynthese zu eröffnen.Zu Beginn unserer vorbereitenden Arbeiten zu diesem Projekt fanden sich auf dem Gebiet der Seltenerdfluorido- und Seltenerdfluoridborate gerade einmal zwei gut charakterisierte Strukturtypen (vier Verbindungen insgesamt). Unsere systematischen Untersuchungen, die wir im Rahmen dieses Projektes durchgeführt haben, führten uns zur Entdeckung von 25 neuen Seltenerdfluorido- und Seltenerdfluoridboraten und ca. 20 weiteren neuen Verbindungen aus benachbarten Systemen wie den Boraten, Borophosphaten, Oxiden und Fluoriden. Als Beispiele aus dem Gebiet der Fluoridborate seien hier die Synthesen der neuen Phasen CeB2O4F, LaB2O4F, RE4B4O11F2 (RE = Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er) und RE2(BO3)F3 (RE = Tb, Dy, Ho) genannt. In einer Reihe von Nebenreaktionen war es möglich, bisher völlig unbekannte Borate mit den Zusammensetzungen La4B10O21, Ce4B14O27, RE2B8O15 mit RE = La, Ce, Pr und Nd sowie die Phasen AnB4O8 (An = Th, U) aus dem Bereich der Actinoide zu synthetisieren. Dabei entdeckten wir mitunter auch neue Oxidfluoride der Seltenen Erden mit den Zusammensetzungen HP-REOF (RE = Pr, Nd, Sm, Eu, Gd). Eine Ausweitung der Synthesen in benachbarte Systeme führte zur Entdeckung eines neuen Boratphosphates der Zusammensetzung U2[BO4][PO4]. Eine der bemerkenswertesten Entdeckungen gelang uns mit der Synthese eines neuen binären Seltenerdoxides der Zusammensetzung Tb3O5, welches bisher völlig unbekannt war.Die neuen Ergebnisse aus dem Bereich der Seltenerdfluorido- und Seltenerdfluoridborate geben für die Festkörperchemie bemerkenswerte neue Einblicke in die Synthesemöglichkeiten dieser Substanzklassen unter Hochdruck-/Hochtemperaturbedingungen. Zusätzlich sind die weiteren neuen Verbindungen aus den anderen Bereichen der Festkörperchemie, wie z.B. die Synthese eines neuen binären Oxides des Terbiums, von höchstem Interesse für die Festkörperchemie und Materialwissenschaftler. Zusammenfassend haben die Ergebnisse, die im Rahmen dieses Projektes erarbeitet werden konnten, eine enorme Bedeutung für die Grundlagenforschung im Bereich der Materialsynthese unter Hochdruckbedingungen.