Development and Photophysical Properties of Mixed-Anion and Mixed-Cation Dinitridocarbonates

Abstract

Diese Dissertation untersucht die Synthese, Kristallstruktur sowie die optischen und photoelektronischen Eigenschaften neuartiger gemischt-anionischer und gemischt-kationischer Dinitridocarbonate auf Basis der linearen [NCN]2−[NCN]^{2-}[NCN]2−-Einheit. Durch Festkörpermetathese und keramische Syntheseverfahren wurden verschiedene blei-, gallium- und lanthanhaltige Verbindungen hergestellt und umfassend charakterisiert.

Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Entwicklung neuer Blei-Carbodiimide, darunter die Verbindungen Pb₇I₆(CN₂)₄, Pb₈O₄I₆(CN₂), Pb₉O₂I₈(CN₂)₃ und Pb₁₆O₅I₁₄(CN₂)₄. Diese Materialien besitzen komplexe Gerüststrukturen mit charakteristischen Heterokuban-Motiven und zeigen halbleitende Eigenschaften sowie eine ausgeprägte grüne Photolumineszenz bei tiefen Temperaturen. Für Pb₈O₄I₆(CN₂) konnte zusätzlich n-leitendes Verhalten und photoelektrochemische Aktivität nachgewiesen werden.

Darüber hinaus wurden die Gallium-Dinitridocarbonate LiGa(CN₂)₂, Li₁₃.₆Ga₂.₈(CN₂)₁₀I₂ und SrGa₂(CN₂)₄ untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die [NCN]2−[NCN]^{2-}[NCN]2−-Einheit stabile tetraedrische Gerüststrukturen ermöglicht und gezielt zur Einstellung elektronischer Eigenschaften genutzt werden kann. SrGa₂(CN₂)₄ erwies sich dabei als luftstabiler Halbleiter mit breiter Bandlücke.

Mit La₂S₂(CN₂) wurde erstmals ein Sulfid-Carbodiimid dargestellt. Zudem konnte mit NaLa₂F₃(CN₂)₂ ein neues gemischt-anionisches Fluorid-Carbodiimid entwickelt werden, das nach Europium-Dotierung charakteristische Lumineszenzeigenschaften zeigt.

Die Arbeit verdeutlicht das große Potenzial der Mischanionen- und Mischkationenchemie von Dinitridocarbonaten zur Entwicklung funktioneller Materialien mit einstellbaren strukturellen, optischen und elektronischen Eigenschaften.