Neue Verfahren zur Materialentwicklung

07.02.2012: Edelmetalle spielen eine wichtige Rolle in optischen und elektronischen Bauteilen. Sie sind unabdingbar für die heterogene Katalyse, die die Grundlage vieler chemischer und petrochemischer Verfahren bildet. Für die meisten dieser Anwendungen müssen die Metalle in bestimmter Form – etwa als Nanopartikel oder in Form dünner Schichten – vorliegen. Den Arbeitsgruppen der Chemiker Prof. Dr. Katharina Al-Shamery und Prof. Dr. Mathias Wickleder ist die Synthese neuartiger chemischer Verbindungen gelungen, um diese Formen in hoher Reinheit herzustellen.

Zu den Edelmetallen gehören neben Gold und Silber auch die Metalle Platin, Palladium, Ruthenium, Osmium, Rhodium und Iridium. Die Erzeugung kleiner Formen oder Schichten dieser Edelmetalle erfolgt häufig über Edelmetallvorstufen, so genannten Precursor-Verbindungen, aus denen die Metalle thermisch oder mit Elektronenstrahlen abgeschieden werden. Ein Nachteil dieser Verfahren besteht darin, dass die üblicherweise eingesetzten metallorganischen Verbindungen zu einer Kontamination der abgeschiedenen Metalle mit Kohlenstoff führen.

Bei den von den Oldenburger Arbeitsgruppen entwickelten Verbindungen handelt es sich, chemisch gesehen, um Nitrate (Salze der Salpetersäure) der Elemente Platin, Palladium und Gold. Sie zersetzen sich bei Temperaturen zwischen 200 bis 300 °C. Die Doktoranden Frauke Gerlach, Steffen Gagelmann und Jörn Bruns (Anorganische Chemie) erhielten sie in Reaktionen der Metalle mit Distickstoffpentoxid. „Ein wesentlicher Vorteil dieser Nitrate besteht darin, dass ihr Zerfall neben den Edelmetallen nur gasförmige Produkte liefert. Auf diese Weise können die Metalle in hoher Reinheit erzeugt werden – ein wesentliches Kriterium für ihre Anwendung“, betont Wickleder.
Für das Goldnitrat gelang dem Doktoranden Mandus Fenske (Physikalische Chemie) die detaillierte Aufklärung des Abbaumechanismus. Er konnte zeigen, dass die Zersetzung aus verschiedenen, kurz aufeinander folgenden Schritten besteht, in denen unterschiedliche gasförmige Produkte abgespalten werden.

In weiterführenden Arbeiten wollen die Oldenburger Wissenschaftler nun untersuchen, wie sich die neuartigen Nitrate zum Aufbau von Edelmetallstrukturen nutzen lassen. Auch diese Untersuchungen werden im Rahmen von Gemeinschaftsprojekten durchgeführt. „Die chemische Synthese ist zwar die Basis jeder Materialentwicklung“, so Wickleder, „aber nur die Zusammenführung verschiedener Expertisen führt letztendlich zu neuen Materialien.“

Originalveröffentlichung:
Prof. Dr. Mathias S. Wickleder et al.; Thermolabile Edelmetallvorstufen: (NO)[Au(NO3)4], (NO)2[Pd(NO3)4] und (NO)2[Pt(NO3)6]; Angewandte Chemie