Silberreiche Anhäufungen

Karlsruher Forscher konnten vier neue, besonders große Clusterkomplexe mit fast 500 Silberatomen synthetisieren und deren Kristallstruktur ermitteln.

Nanoskopische Anhäufungen aus Atomen, so genannte Cluster, sind das Steckenpferd des Forscherteams um Dieter Fenske von der Universität Karlsruhe und dem Forschungszentrum Karlsruhe. Herstellung und Charakterisierung von Clustern interessanter Halbleitermaterialien stehen dabei im Fokus. Wie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet, konnte das Team nun vier neue, besonders große und silberreiche Cluster synthetisieren und deren Kristallstruktur ermitteln.

Zwei- oder dreidimensionale Nanostrukturen aus Halbleitermaterialien sind für zukünftige nanoelektronische Anwendungen interessant. Solche Strukturen könnten aus Anordnungen von Clustern aufgebaut werden. Unter einem Cluster versteht man eine Ansammlung von Atomen oder Molekülen aus hunderten bis zu tausenden von Atomen. Winzig wie sie sind, haben Cluster zum Teil vollkommen andere Eigenschaften als „normal große“ (makroskopische) Feststoffpartikel. Grund ist das hohe Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Für eine exakte Interpretation der gemessenen physikalischen Eigenschaften von Clustern ist es wichtig, den atomaren Aufbau dieser Nanopartikel zu kennen.

Fenske und sei Team arbeiten unter anderem an der Synthese metallreicher Cluster der Elemente Schwefel, Selen und Tellur (Chalkogene). Als metallischer Gegenpart erwiesen sich vor allem die Münzmetalle Kupfer und Silber als geeignet. Mithilfe speziell entwickelter synthetischer Methoden gelang den Wissenschaftlern der Aufbau so genannter molekularer Clusterkomplexe. Clusterkerne aus Metall- und Chalkogenatomen werden dabei von einer schützenden Hülle aus organischen Liganden umgeben. Diese Schutzschicht verhindert, dass die winzigen Anhäufungen aggregieren und zu größeren Partikeln oder Festkörpern zusammenwachsen. Mit diesem Trick ist es den Forschern geglückt, besonders große silberreiche Cluster herzustellen. Die jüngsten Mitglieder dieser Clusterfamilie bestehen aus verzerrten kugelförmigen Silberchalkogenidkernen von 2 bis 4 Nanometer Durchmesser, deren Oberflächen durch Thiolat- oder Phosphanliganden geschützt sind.

Solche großen, metallreichen Clusterkomplexe per Röntgenstrukturanalyse zu charakterisieren, ist extrem schwierig. Genau genommen ist es eigentlich gar nicht möglich, eine exakte Zusammensetzung zu bestimmen. Einer der Gründe sind Fehlordnungen im Kristallgitter. Die Tendenz zur Fehlordnung steigt mit zunehmender Anzahl an Silberatomen. Mit Hilfe einer Kombination aus Röntgenstreuung, Massenspektrometrie und Elektronenmikroskopie gelang den Forschern jedoch, idealisierte Summenformeln und einen idealisierten atomaren Aufbau für ihre Cluster abzuleiten. Die silberreichste Verbindung besteht aus Clustern mit ungefähr 490 Silber- und 188 Schwefelatomen sowie 114 schwefelorganischen Liganden und einer idealisierten Zusammensetzung [Ag ₄₉₀S ₁₈₈(StC ₅H ₁₁) ₁₁₄].

Quelle: Angewandte Chemie

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Christopher E. Anson, Andreas Eichhöfer, Ibrahim Issac, Dieter Fenske, Olaf Fuhr, Paloma Sevillano, Claudia Persau, Dietmar Stalke, Jiatao Zhang, Synthesen und Kristallstrukturen der ligandenstabilisierten Silberchalkogenidcluster [Ag ₁₅₄Se ₇₇(dppxy) ₁₈], [Ag ₃₂₀(StBu) ₆₀S ₁₃₀(dppp) ₁₂], [Ag ₃₅₂S ₁₂₈(StC ₅H ₁₁) ₉₆] und [Ag ₄₉₀S ₁₈₈(StC ₅H ₁₁) ₁₁₄], Angewandte Chemie (Online-Veröffentlichung, 4. Jan. 2008).
  http://dx.doi.org/10.1002/ange.200704249
• Arbeitskreis von Dieter Fenske, Universität Karlsruhe:
  http://www.aoc.uni-karlsruhe.de/14.php