Eine außergewöhnliche Kobaltverbindung

David Zanders und Anjana Devi (rechts) freuen sich über die außergewöhnliche Entdeckung. © RUB, Marquard

Eine solche Kobaltverbindung war zuletzt 1972 beschrieben worden. Das Team berichtet in der Zeitschrift Angewandte Chemie International Edition vom 5. Mai 2020.

Die Geometrie macht den Unterschied

„Die wenigen bekannten Kobalt(IV)-Verbindungen sind bei hohen Temperaturen instabil und sehr empfindlich gegenüber Luft und Feuchtigkeit. Das erschwert ihre Verwendung als Studiensysteme oder in der Materialsynthese“, erläutert Erstautor David Zanders von der Bochumer Arbeitsgruppe Chemie Anorganischer Materialien von Prof. Dr. Anjana Devi.

Im Rahmen seiner binationalen Promotion, die über einen Cotutelle-Vertrag zwischen der RUB und der Carleton University besiegelt wurde, entdeckte er mit seinen kanadischen Kollegen Prof. Dr. Seán Barry und Goran Bačić eine Kobalt(IV)-Verbindung, die über eine ungewöhnliche Stabilität verfügt.

Mit theoretischen Studien konnte das Team darlegen, dass eine nahezu rechtwinklige Einbettung des zentralen Kobaltatoms in ein tetraedrisch angeordnetes Umfeld aus zusammenhängenden Atomen – sogenannten Liganden – der Schlüssel zur Stabilisierung der Verbindung ist.

Diese besondere geometrische Ordnung innerhalb der Moleküle der neuen Verbindung erzwingt außerdem den außergewöhnlichen Elektronenspin des zentralen Kobaltatoms. „Unter diesen besonderen Umständen kann der Spin nur ½ sein“, verdeutlicht David Zanders. Eine Kobaltverbindung mit diesem Spinzustand und ähnlicher Geometrie wurde seit fast 50 Jahren nicht mehr beschrieben.

Mit einer Reihe von Experimenten zeigte das Team darüber hinaus, dass die Verbindung – untypisch für Kobalt(IV) – eine hohe Flüchtigkeit besitzt und bei Temperaturen bis 200 Grad Celsius nahezu ohne Zersetzung verdampft werden kann.

Ein aussichtsreicher Kandidat für dünnste Schichten

Einzelne Moleküle der Verbindung docken nach der Verdampfung auf eine kontrollierbare Art auf Oberflächen an. „Damit ist das wichtigste Kriterium einer potenziellen Vorstufe für die Atomlagenabscheidung erfüllt“, stellt Seán Barry fest. „Dieses Verfahren wird in der Industrie bei der Materialherstellung immer wichtiger, und unsere Kobalt(IV)-Verbindung ist die erste ihrer Art, die dafür geeignet ist.“

„Da den hochvalenten Oxiden und Sulfiden des Kobalts beispielsweise in der modernen Batterie- und Mikroelektronik großes Potenzial zugeschrieben wird, ist unsere Entdeckung umso reizvoller“, ergänzt Anjana Devi.

Die Elektroden in wiederaufladbaren Batterien verlieren mit der zunehmenden Anzahl an Lade- und Entladevorgängen an Stabilität, weswegen die Forschung nach stabileren und somit langlebigeren Materialien dafür sucht. Auch die Verwendung neuer Methoden zur ihrer Herstellung steht im Fokus.

„Diese binationale Zusammenarbeit beruht auf der Eigeninitiative von David Zanders und hat Einfallsreichtum sowie sich ergänzende Expertise der Chemiker aus Bochum und Ottawa kombiniert. Das hat etwas Unerwartetes hervorgebracht und war der Schlüssel zum Erfolg“, fasst Anjana Devi zusammen.

Förderung

Die Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereichs/Transregios 87 sowie vom Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada im Projekt RGPIN-2019-06213 gefördert. David Zanders erhielt ein Kekulé-Stipendium des Verbands der Chemischen Industrie sowie ein Einjahres-Stipendium des Deutschen Akademischen Austauschdienstes.

Originalveröffentlichung

David Zanders, Goran Bačić, Dominique Leckie, Domilola O. Odegbesan, Jeremy Rawson, Jaseon D. Masuda, Anjana Devi, Seàn T. Barry: A rare low‐spin Co(IV) Bis(β‐silyldiamide) with high thermal stability: Steric enforcement of a doublet configuration, in: Angewandte Chemie International Edition, 2020, DOI: 10.1002/anie.202001518

Pressekontakt

Prof. Dr. Anjana Devi, David Zanders

Chemie Anorganischer Materialien

Lehrstuhl für Anorganische Chemie II
Fakultät für Chemie und Biochemie

Ruhr-Universität Bochum

Tel.: +49 234 32 24167 

E-Mail: anjana.devi@rub.de

david.zanders@rub.de

Prof. Dr. Anjana Devi, David Zanders

Chemie Anorganischer Materialien

Lehrstuhl für Anorganische Chemie II
Fakultät für Chemie und Biochemie

Ruhr-Universität Bochum

Tel.: +49 234 32 24167 

E-Mail: anjana.devi@rub.de

david.zanders@rub.de

David Zanders, Goran Bačić, Dominique Leckie, Domilola O. Odegbesan, Jeremy Rawson, Jaseon D. Masuda, Anjana Devi, Seàn T. Barry: A rare low‐spin Co(IV) Bis(β‐silyldiamide) with high thermal stability: Steric enforcement of a doublet configuration, in: Angewandte Chemie International Edition, 2020, DOI: 10.1002/anie.202001518, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202001518

Media Contact

Meike Drießen idw - Informationsdienst Wissenschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften

Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Artikel über die Materialentwicklung und deren Anwendungen, sowie über die Struktur und Eigenschaften neuer Werkstoffe.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Neutronen-basierte Methode hilft, Unterwasserpipelines offen zu halten

Industrie und private Verbraucher sind auf Öl- und Gaspipelines angewiesen, die sich über Tausende von Kilometern unter Wasser erstrecken. Nicht selten verstopfen Ablagerungen diese Pipelines. Bisher gibt es nur wenige…

Dresdner Forscher:innen wollen PCR-Schnelltests für COVID-19 entwickeln

Noch in diesem Jahr einen PCR-Schnelltest für COVID-19 und andere Erreger zu entwickeln – das ist das Ziel einer neuen Nachwuchsforschungsgruppe an der TU Dresden. Der neuartige Test soll die…

Klimawandel und Waldbrände könnten Ozonloch vergrößern

Rauch aus Waldbränden könnte den Ozonabbau in den oberen Schichten der Atmosphäre verstärken und so das Ozonloch über der Arktis zusätzlich vergrößern. Das geht aus Daten der internationalen MOSAiC-Expedition hervor,…

Partner & Förderer