Lokale Strukturen nanoskopischer Aluminiumalkoxidfluoride und chemisch verwandter kristalliner Verbindungen (PDF)

In der vorliegenden Promotionsarbeit werden Aluminiumisopropoxidfluoride und verwandte kristalline und amorphe Verbindungen unter Nutzung von NMR-Experimenten untersucht. Die Aufklärung lokaler Strukturen in diesen Materialien bildet ein Bindeglied zwischen der Klärung lokaler Strukturen im high surface-Aluminiumfluorid, das wegen seiner aussergewöhnlichen Eigenschaften Gegenstand aktueller Arbeiten ist, und mechanistischen Aspekten der Sol-Gel Fluorolyse von Aluminiumalkoxiden.
Isopropoxidfluoride und die resultierenden Aluminiumfluoride sind röntgenamorph, zur Aufklärung lokaler Strukturen in diesen Phasen und zur Beobachtung von Veränderungen dieser sind Festkörper-MAS NMR Untersuchungen daher essentiell.
In drei Kapiteln werden drei Lösungsansätze zum Nachweis, der Identifikation und Aufklärung lokaler Strukturen in Aluminiumisopropoxidfluoriden vorgestellt:
1. Die Synthese einer Reihe von kristallinen Referenzphasen ermöglicht die Ableitung von bisher nicht beschriebenen Trendanalysen. Diese korrelieren die beobachtbaren chemischen Verschiebungen mit dem Fluorierungsgrad x der strukturell zu Grunde liegenden Al-Einheiten. Unter Nutzung dieser können lokale Strukturen sechsfach koordinierter Einheiten in Alkoxidfluoriden sicher identifiziert werden. Weiterhin lassen sich Verschiebungen bislang nicht beschriebener Struktureinheiten voraussagen und mittlere Koordinationen verwandter Phasen einfach bestimmen.
2. Veränderungen lokaler Strukturen in Alkogelen und korrespondierenden festen Aluminiumisopropoxidfluoriden mit unterschiedlichem Fluorierungsgrad wurden mit einer Reihe verschiedener MAS NMR-Experimente verfolgt. Instrumentelle Voraussetzungen für MAS NMR-Untersuchungen an Alkogelen waren die deutschlandweit erste Installation eines Stickstoff-Generators zum Betrieb der MAS-Pneumatik-Einheit für Tieftemperaturexperimente und die eigene Entwicklung von Inserts. Die Identifikation lokaler Strukturen in strukturell stark gestörten Alkoxidfluoriden erforderte verschiedene ein- und zweidimensionale MAS NMR-Techniken.
3. Durch einfache Variation von Syntheseparametern der Sol-Gel-Synthese und durch Untersuchung des thermischen und chemischen Verhaltens konnten letztlich die Ergebnisse der vorangegangenen Kapitel verfeinert und untermauert werden.
Auf der Basis der vorgestellten Resultate wird ein möglicher Reaktionspfad der Fluorolyse von Aluminiumisopropoxid entwickelt und Strukturmodelle für Zwischenstufen vorgeschlagen.