Universität Innsbruck
Hubert Huppertz und Birgit Fuchs
Hubert Huppertz, Dekan der Fakultät für Chemie und Pharmazie, und Erstautorin Birgit Fuchs.

Unter Hoch­druck zu einer neuen Sub­stanz­klasse

Durch die Anwendung von extremen Reaktions­bedingungen an der Hoch­druck­presse erhielten Innsbrucker Chemiker*innen um Hubert Huppertz Zugang zu der kaum erforschten Substanzklasse der Oxonitridoborate. Es gelang die Synthese einer neuen Verbindung in der Substanzklasse der Borate, in deren Struktur erstmals Stickstoff-Atome vorhanden sind, die gleichzeitig vier Bor-Atome verknüpfen.

Durch den Einsatz einer 1000-Tonnen-Hochdruckpresse können am Institut für Allgemeine, Anorganische und Theoretische Chemie extreme Bedingungen, wie sie etwa im Erdmantel vorherrschen, auf chemische Substanzen angewendet werden. Ein Forschungsschwerpunkt des Teams um Hubert Huppertz liegt dabei auf den Boraten – einer Substanzklasse mit vielfältigen strukturellen Verknüpfungsmöglichkeiten und Anwendungsbereichen. Auch wenn bereits über 2000 Vertreter bekannt sind, konnten in den letzten Jahren viele interessante neue Verbindungen hergestellt werden. „Die gezielte Synthese neuer Materialien in bisher unbekannten Substanzklassen ist in der Festkörperchemie grundsätzlich schwierig“, erklärt der Chemiker. „Bei unseren Experimenten spielt neben Wissen und chemischer Intuition oft auch die pure experimentelle Neugier gepaart mit einem Quäntchen Glück eine entscheidende Rolle.“ So auch in diesem Fall. 

Strukturbild des Oxonitridoborates CrB4O6N
Strukturbild des Oxonitridoborates CrB4O6N. (Bild: Birgit Fuchs)

„Die Ausgangsstoffe haben unerwartet mit dem Tiegelmaterial reagiert. So wurden Stickstoff-Atome aus dem verwendeten Kapselmaterial in das Produkt eingebaut“, beschreibt Erstautorin Birgit Fuchs die erstmalige Synthese des Oxonitridoborates CrB4O6N. Durch Abänderung der Ausgangsmaterialien gelang anschließend die gezielte Synthese der neuen Verbindung. Überraschenderweise enthält die Verbindung neben Bor und Sauerstoff auch eine geringe Menge Stickstoff, der im Gegensatz zu Sauerstoff nicht nur zwei, sondern auch bis zu vier Bor-Atome miteinander verknüpfen und so ein sehr stabiles dreidimensionales Netzwerk ausbilden kann. Damit steht diese Struktur in naher Verwandtschaft zu Verbindungen aus dem Bereich der hochtemperaturstabilen Nitridosilikate, die von Huppertz bereits im Rahmen seiner Doktorarbeit untersucht wurden und in denen erstmals diese vierfach verknüpfenden Stickstoff-Atome in Kombination mit Silicium beobachtet wurden.

„Die Hochdrucksynthese stellt eine vergleichsweise einfache Methode zur Synthese dieser neuen Verbindung dar und bildet einen guten Ausgangspunkt für weitere Experimente in dieser bisher kaum untersuchten Substanzklasse“, sagt Huppertz mit einem Blick in die Zukunft.

Die Charakterisierung der neuen Verbindung erfolgte in Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe um Dirk Johrendt an der Ludwig-Maximilians-Universität München und Dr. Lkhamsuren Bayarjargal an der Goethe-Universität Frankfurt. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht.


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