Nanostäbchen aus Phosphor
Zwei neue Modifikationen von elementarem Phosphor: Stabförmige Kettenmoleküle aus Phosphor-Käfigen
eit etwa 350 Jahren ist Phosphor in seiner elementaren Form bekannt. Dabei ist Phosphor aber nicht gleich Phosphor - das Element kommt vielgestaltig daher: Weißer Phosphor besteht aus vieratomigen Phosphor-Molekülen, die zudem in drei verschiedenen Kristallformen existieren, und ist sehr reaktiv an Luft. Der etwas weniger reaktive violette Phosphor wird von Schichten aus Phosphor-Ketten gebildet. Stabil und chemisch recht wenig reaktiv ist die schwarze Modifikation. Sie hat Halbleitereigenschaften und besteht aus zweidimensional vernetzten Schichten. Über die Struktur des nichtkristallinen roten Phosphors ist bisher wenig bekannt. Deutsche Forscher haben nun zwei weitere Modifikationen des vielgesichtigen Elements isoliert und strukturell charakterisiert: Phosphor-Nanostäbchen.
Wie sich bereits zuvor herausgestellt hatte, sind Kupferiodide ein hervorragendes Werkzeug zur Herstellung von neuen Phosphor-Architekturen: Zwischen den Kupfersalzen und Phosphoratomen bilden sich streng definierte Addukte, deren Morphologie von den jeweiligen Mengenverhältnissen abhängt. Die Phosphoratome liegen dabei in Form von Kettenmolekülen (Polymeren) vor. Dem Forscherteam um Arno Pfitzner, Universität Regensburg, und Hellmut Eckert, Universität Münster, ist es nun im Falle zweier verschiedener Kupferiodid-Phosphor-Addukte gelungen, diese Phosphor-Stränge aus ihrer Kupferiodid-Matrix herauszulösen. Nach dem Zerfall der Addukt-Kristalle blieb eine Art rotbrauner Fasern übrig, die ausschließlich aus Phosphoratomen bestehen, sich aber deutlich von der roten Phosphormodifikation unterscheiden. An Luft sind die trockenen Fasern über Wochen stabil. Unter dem Elektronenmikroskop erwies sich diese rotbraune Phosphor-Form als lange, parallel ausgerichtete Nanostäbe mit Querschnitten von ungefähr 0,34 bzw. 0,47 Nanometern.
Mithilfe spezieller kernresonanzspektroskopischer Methoden gelang es den Wissenschaftlern, die Struktur der beiden leicht unterschiedlichen Stäbchentypen zu entschlüsseln. In beiden Fällen handelt es sich um lange Polymermoleküle aus - auf verschiedene Weise - miteinander verknüpften Phosphoratomen. Kupferiodid-Addukt Nummer 1 liefert Käfige aus acht Phosphoratomen, die über Ringe aus vier Phosphoratomen zu einer Kette verbunden sind. Das andere Addukt führt zu Käfigen aus zehn Phosphoratomen, die über Fragmente aus zwei Phosphoratomen zur Kette verbunden sind. Die Entdeckung zumindest einer weiteren Phosphor-Struktur mithilfe dieser Methode scheint nur eine Frage der Zeit.
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