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Titelaufnahme

Titel
Synthetic investigations on the structural diversity of borates and borate-nitrates / by Teresa Sophie Ortner
VerfasserOrtner, Teresa Sophie
Begutachter / BegutachterinHuppertz, Hubert ; Johrendt, Dirk
Betreuer / BetreuerinHuppertz, Hubert ; Bildstein, Benno
ErschienenInnsbruck 2016
Umfang145 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Innsbruck, Univ., Dissertation, 2016
Anmerkung
Kurzfassung in englischer und deutscher Sprache
Kumulative Dissertation aus sieben Artikeln
Datum der AbgabeJuli 2016
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Grundlagenforschung / Strukturchemie / Hydrothermalsynthese / Kristallstruktur
Schlagwörter (EN)fundamental research / structural chemistry / hydrothermal synthesis / crystal structure
Schlagwörter (GND)Borate / Nitrate / Strukturaufklärung
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-4753 Persistent Identifier (URN)
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Synthetic investigations on the structural diversity of borates and borate-nitrates [20.06 mb]
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Nachweis
Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Natur der Dinge auf struktureller Ebene zu verstehen ist das Fundament, auf dem Wissen um Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten von Materialien steht. Je detaillierter dieses Verständnis von Bildungsbedingungen, von physikochemischen Eigenschaften, die sich aus der Harmonie der einzelnen Bausteine ableiten, und von Reaktivitäten einzelner Komponenten und des resultierenden Ensembles, ist, desto stabiler und tragfähiger wird dieses Fundament. Das Forschungsinteresse meiner Arbeit richtete sich darauf, gerade dieses Grundlagenwissen im Bereich der Festkörperchemie zu erweitern. Durch Synthesen unbekannter Verbindungen wurde Wissen über deren Bildung und Reaktivitäten der Umwandlungsprozesse gewonnen. Durch Betrachten der Reaktionsprodukte auf atomarer Ebene wurde ihre Strukturchemie beschrieben. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen, wurden Ausgangspunkte für mögliche Anwendungen aufgezeigt.

Gegenstand dieser Forschungsarbeit war eine ganz alltägliche, altbekannte Substanzklasse: die Borate. Besonders an diesen Verbindungen ist ihre einzigartig umfangreiche strukturelle Vielfalt, die es den Boraten erlaubt, feste Materialen facettenreichster Eigenschaften auszubilden. Eine weitere, ebenso bedeutende Rolle in der Natur, kommt der Chemie der Nitrate zu. Im Zusammenspiel schaffen diese beiden Baueinheiten eine besondere Substanzklasse: die Borat-Nitrate. Diese noch ausgedehntere und komplexere Strukturlandschaft zu beschreiben war Bestreben dieser Arbeit.

Um zu diesen Borat-Nitraten, neben neuen Boratstrukturen, zu gelangen, wurden Edukte in geschlossenen Gefäßen in Gegenwart von Wasser erhitzt. Durch solche Hydrothermalsynthesen wurden neue Phasen aus beiden Substanzklassen, den Boraten und den Borat-Nitraten, entdeckt. Im Zuge der Optimierung der Bildungsbedingungen und der anschließenden detaillierten Charakterisierung der erhaltenen Kristalle, konnte Einsicht über Zusammenhänge zwischen Struktur und Eigenschaften gewonnen werden. Ein Europiumborat, das eine in Seltenerd-Verbindungen bisher beispiellose Baueinheit, eine freie Borsäure Gruppe, aufweist, konnte synthetisiert werden. Die Kristallstruktur und Lumineszenz-Eigenschaften dieses Eu[B6O8(OH)5] · H3BO3 wurden aufgeklärt und beschrieben. Eine weitere Verbindung, die im Rahmen dieser Arbeit erhalten wurde, ist das Lutetiumborat-Nitrat Lu2B2O5(NO3)2 · 2 H2O, dessen Strukturuntersuchungen ein neuartiges Gerüst mit dem höchsten bisher berichteten Nitratgruppen-Anteil in einer Borat-Struktur zeigten.

Zusammenfassung (Englisch)

Understanding nature on a structural level constitutes the fundament on which knowledge of properties and applications of materials stand. The richer this comprehension is in details, concerning formation conditions, reactivity of the single components and the resulting assembly, concerning the physicochemical properties deduced from the harmony of the individual building blocks, the deeper this fundament roots. My research effort in the course of this work was put into adding to such a basic knowledge in the area of solid state chemistry. Through synthetic investigation of unknown compounds, their formation was elaborated, reactivities within these processes were studied, and, looking at the structures at an atomic level, their structural chemistry was described. Building on this understanding, some key points for possible applications were found.

Subject to this research interest was a common compound class, used in everyday life since ancient times: borates. Special about this substance is its uniquely vast structural diversity allowing it to form solid materials of multi-faceted properties. Another, equally important entity is found in the chemistry of nitrates. In combination, these fundamental building units form a special substance class, the borate-nitrates, which allows for an even wider, more flexible and complex structural landscape.

To access these borate-nitrates, alongside novel borate structures, educts were heated in closed vessels in the presence of water. Through these hydrothermal syntheses, phases pertaining to both substance classes were discovered. Upon optimization of formation conditions and the subsequent detailed characterization of the obtained crystals, insight in structure property relations were elaborated. A europium borate showing a hitherto in rare earth compounds unprecedented building unit, a free boric acid group, was synthesized. The single-crystal structure and also the luminescence properties of this Eu[B6O8(OH)5] · H3BO3 were explored. Another compound found during this thesis work was the first lutetium borate-nitrate Lu2B2O5(NO3)2 · 2 H2O, of which structural investigations showed a novel framework with the highest ever reported nitrate content in a borate structure.