Rekordverdächtige und gut verfügbare Aluminiumverbindung mit sehr starker Fluoreszenz entdeckt

„Diese Entdeckung war buchstäblich Serendipity – ein reiner Glücksfund“

04.03.2022 - Deutschland

Chemiker der Universität Jena haben einen neuen Rekord aufgestellt: Sie entdeckten eine fluoreszierende Aluminium-Verbindung, die die höchste bisher bekannte Quantenausbeute aufweist: Für nahezu jedes Lichtteilchen, das darauf einstrahlt, wird eines von der Substanz abgestrahlt. Davon könnten Anwendungen, etwa in der LED-Technik, profitieren.

„Diese Entdeckung war buchstäblich Serendipity – ein reiner Glücksfund“, erklärt Robert Kretschmer, Juniorprofessor für Anorganische Chemie der Katalyse der Friedrich-Schiller-Universität Jena. „Eigentlich wollten wir mit der Substanz Katalyse betreiben. Aber meinem Team fiel sehr schnell auf, dass die Substanz äußerst stark fluoresziert. Also sind wir dem nachgegangen und haben diese einzigartige Eigenschaft nachgewiesen.“

Wird Licht eingestrahlt, wird Licht abgestrahlt

Bei der Fluoreszenz strahlt eine Substanz Licht ab, wenn anderes Licht auf sie fällt. Dieses Phänomen wird etwa bei Leuchtstoffröhren benutzt, bei der die weiße Beschichtung durch unsichtbare UV-Strahlung zum Leuchten gebracht wird. Aber auch in Licht-emittierenden Dioden (LEDs) stammt das abgestrahlte Licht aus Fluoreszenz. Wie immer, wenn Energie übertragen wird, geht auch bei der Fluoreszenz Licht-Energie verloren.

„Der bisherige Rekord für Aluminiumverbindungen liegt bei rund 70 Prozent“, erläutert Kretschmer. „Das heißt, dass bei dieser Quantenausbeute bei zehn eingestrahlten Lichtteilchen von der Substanz sieben neue ausgesendet werden. Bei unserer Verbindung wird aber fast jedes Lichtteilchen in ein neues umgewandelt.“

Günstiges Aluminium als chemische Basis

Ein weiterer Vorteil ist, dass die rekordverdächtige Verbindung auf Aluminium basiert, einem vergleichsweise günstigen Rohstoff. „In unserer Substanz sind zwei Aluminium-Ionen in einem organischen Molekül, einem sogenannten Liganden, gebunden“, führt Kretschmer weiter aus. „Die Herstellung ist recht simpel und kann in größeren Mengen im Labor geschehen, also grammweise. Wir konnten die Substanz auch in ein Gewebe einspinnen lassen, das dann immer noch mit stattlichen 90 Prozent Quantenausbeute fluoresziert.“

Als nächstes wollen Kretschmer und sein Team die Verbindung genauer erforschen und die rekordhafte Fluoreszenz besser verstehen. „Wir werden die Aluminium-Ionen durch andere Metalle ersetzen und auch den organischen Liganden variieren.“ Ein weiteres Ziel sei es auch, die Verbindung stabiler zu machen. Denn in Wasser kann sie zum Beispiel nicht verwendet werden. Für biologische Anwendungen wäre das aber wichtig. „Wir haben auch schon Ideen, wie uns das gelingen kann.“

Originalveröffentlichung

F. L. Portwich, Y. Carstensen, A. Dasgupta, S. Kupfer, R. Wyrwa, H. Görls, C. Eggeling, B. Dietzek, S. Gräfe, M. Wächtler, R. Kretschmer: "A Highly Fluorescent Dinuclear Aluminium Complex with Near-Unity Quantum Yield", Angewandte Chemie International Edition; 2022

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