Forschung - Gerald Linti
Forschungstätigkeit
Der Forschungsschwerpunkt liegt auf dem Gebiet der Molekül- und Clusterchemie der schwereren Elemente der III. Hauptgruppe des PSE, mit besonderem Augenmerk auf der Chemie des Galliums. Die Synthese und Reaktionen solcher Verbindungen sowie deren spektroskopische Charakterisierung gehen parallel zur Strukturbestimmung mittels Röntgenbeugung. Quantenchemische Methoden werden zu einem tiefergehenden Verständnis neuartiger Verbindungsklassen herangezogen.
Im Folgenden sei ein kurzer Überblick über die bisherigen Forschungstätigkeiten gegeben.
Gallium-Stickstoff-Chemie und benachbarte Gebiete
Die wissenschaftlichen Arbeiten seither behandeln schwerpunktmäßig die Chemie des Galliums, also eines Elements, dessen Verbindungen in der Halbleitertechnologie von Bedeutung sind. Insbesondere angeregt durch die technische Bedeutung von Galliumnitrid und dem Bedarf an Precursor-Molekülen dafür entstanden Untersuchungen zu molekularen Galliumstickstoff-Verbindungen. Dabei zeigte sich, dass in der Chemie monomerer Bis(amino)gallane und von Phosphinogallanen Doppelbindungsanteile zwischen Gallium und Elementen der 15. Gruppe des PSE keine Rolle spielen (Publikationsliste 22, 25 , 25, 29, 32, 35, 36, 42, 52 – 56).
Silylverbindungen des Galliums
Sowohl Gallium als auch Silicium sind zwei Elemente von herausragender Bedeutung in der Halbleitertechnologie. Doch wurde der Chemie von Verbindungen mit direkten Bindungen zwischen Atomen beider Elemente bislang kaum Aufmerksamkeit geschenkt. Die intensive Untersuchung von Silylverbindungen des Galliums gipfelten in der Erschließung eines neuen Gebietes, nämlich des der Silagallane. Diese wurden als heterocyclische und polyedrische Verbindungen erhalten (Publikationsliste 23, 28, 33, 34, 39, 43, 44, 47). Ob ausgehend von solchen Verbindungen der Übergang zu Festkörpern, insbesondere bislang unbekannten Galliumsiliciden möglich ist, bleibt zukünftigen Untersuchungen überlassen.
Chemie des Galliums in niederen Oxidationsstufen und Clusterchemie
Die Vielfalt von polyedrischen Verbindungen des Galliums und der übrigen schweren Elemente der Gruppe 13 ist im Vergleich mit der Polyboran-Chemie bislang bescheiden. Doch zeigen die oben angedeuteten Ergebnisse, dass gerade das Gallium, welches gewissermaßen als schwerer Bruder des Bors fungiert, hier noch für viele Überraschungen sorgen wird. Deshalb erschien die Beschäftigung mit der Chemie subvalenter Galliumverbindungen sehr reizvoll. Vor allem in der Chemie von Übergangsmetallen, insbesondere des Goldes und der Platinmetalle sind Metallatomcluster wohl bekannt. Die Übertragung auf Hauptgruppenelemente erscheint folglich als große Herausforderung.
In der Chemie des Galliums in niederen Oxidationsstufen konnten erstmals heteroleptische und zu Käfigen aggregierte, oligomere Digallane hergestellt und diese in einer spannenden Folgechemie genutzt werden, um zu neuartigen Gallium-Übergangsmetallclustern zu gelangen. Dabei tritt die Gruppierung RGa teils als CO-analoger Ligand auf; es wurden aber auch Wade-Typ Ga2Fe3-Cluster erhalten.
Die Nutzung sonochemisch hergestellter Galliumsubiodide als Quelle für subvalente Galliumverbindungen ermöglichte einen einfachen Zugang und die grundlegende Erweiterung der Hauptgruppen-Cluster-Chemie. So konnten unter Zuhilfenahme sperriger Silyl- und Germylreste erstmals über die bekannten Gallatetrahedrane hinaus neue Cluster synthetisiert werden. Beispielhaft seien zum einen das erste elektronenpräzise Tetragallan [(RGa)4I3]- und das polyedrische Nonagallan [(RGa)6Ga3]- genannt. Mit diesem Cluster wird in der Galliumchemie die Grenze zwischen Wade-Clustern und metalloiden Clustern erreicht. Die Fortführung dieser Arbeiten führte schrittweise zu immer größeren Metallatom-Clustern. Spitzenreiter sind bislang Ga22R8 und [Ga26R8]2-. Gerade mit letzterem, dessen Clusterkern einem Ausschnitt aus einer Modifikation des elementaren Galliums entspricht, wurde der Grundstein gelegt, um den Übergang vom Cluster zum Metall studieren zu können und dabei vielleicht auf spannende neue Materialeigenschaften zu stoßen (Publikationsliste 25, 31, 33, 40, 41, 45, 46, 48 – 52).
Quantenchemische Untersuchungen und Charakterisierungsmethoden
Neben diesen präparativen und im wesentlichen durch Kristallstrukturuntersuchungen geprägten Arbeiten ist die quantenchemische Untersuchung der neuen Verbindungsklassen ein wesentlicher Aspekt der Arbeiten, um zu einem tieferen Verständnis der vorliegenden Bindungsverhältnisse und auch der Eigenschaften solcher metalloiden Cluster zu gelangen. Dabei werden nicht nur Berechnungen an den sogenannten Grundkörpern durchgeführt, sondern moderne Rechenverfahren genutzt, um auch größere, real existierende Moleküle exakt zu berechnen.
