Gefangen in biegsamem Käfig

10.01.2012: Käfige aus Metallatomen weisen eine flexible Struktur und veränderbare Eigenschaften auf, wenn bestimmte Atome anderen Typs darin eingeschlossen sind. Das berichtet eine europäische Forschergruppe unter Marburger Leitung in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Journal of the American Chemical Society“. Die beschriebenen Kugelmoleküle aus 13 Metallatomen weisen eine bisher unbekannte räumliche Gestalt mit neun Seitenflächen auf.

Metalle können neue Eigenschaften erwerben, wenn man sie mit Spuren andersartiger Stoffe versieht oder „dotiert“, wie es im Fachjargon heißt. „Das Prinzip des Dotierens lässt sich auch auf Moleküle übertragen, deren Hülle aus Hauptgruppen-Metallatomen besteht und die im Inneren ein Übergangsmetallion einschließen“, erläutert Professorin Dr. Stefanie Dehnen von der Philipps-Universität, Seniorautorin der aktuellen Veröffentlichung. Dehnens Arbeitsgruppe konnte erst kürzlich die Klasse dieser intermetallischen Clustermoleküle erweitern, indem sie erste Beispiele herstellte, in die Metallionen von Seltenerd-Metallen eingebaut sind.

Nunmehr ist dem Team ein weiterer Schritt auf dem Weg zu Designermaterialien gelungen, die maßgeschneiderte Eigenschaften annehmen können: Die Wissenschaftler aus Marburg, Münster, Karlsruhe und Bordeaux berichten über die Synthese neuartiger Cluster mit eingeschlossenen Lanthan- oder Cer-Ionen, die bisher noch nicht beschrieben wurden.

Wie die Analyse der Molekülgestalt ergab, besteht die Hülle in dem einen Fall aus 14 Metallatomen, im anderen aus 13, wobei bereits minimale Veränderungen in der Zusammensetzung erhebliche Auswirkungen haben können: „Die Metallionensorte, die in Käfigen aus Hauptgruppenmetallen eingesperrt ist, entscheidet über Strukturdetails und Bindungseigenschaften der Cluster und beeinflusst - wie bei einem dotierten Festkörper – deren physikalische Eigenschaften, wie das magnetische Verhalten oder die Bandlücke“, schließt Dehnen aus den vorgelegten Untersuchungen.

Originalveröffentlichung:
Felicitas Lips & al.: Doped Semi-Metal Clusters: Ternary, Intermetalloid Anions [Ln@Sn7Bi7]4– and [Ln@Sn4Bi9]4−(Ln = La, Ce) with Adjustable Magnetic Properties, Journal of the American Chemical Society (2011)