Synthese und Strukturaufklärung neuer endohedraler Fullerene

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine neue Hochfrequenzofenanlage (HF-Stand II; 60 KW, 420 KHz) zur Darstellung von leeren und endohedralen Fullerenen konzipiert und installiert und eine bestehende (HF-Stand I; 30 KW, 480 KHz) weiterentwickelt. Hierbei gelang die Verbesserung des bestehenden Verfahrens, in Bezug auf Kontrolle und Steuerbarkeit der Prozessparameter. In diesem Zusammenhang wurden mit dem Hochfrequenzofen erstmals folgende neue Verbindungen synthetisiert:

endohedrale Monostrontium-, Calcium- und Europiumfullerene beginnend bei M@C50 endohedrale Distrontiumfullerene, insbesondere Sr2@C58 und Sr2@C68 endohedrale Dicalciumfullerene, insbesondere Ca2@C56, Ca2@C66 und Ca2@C76 endohedrale Dieuropiumfullerene, insbesondere Eu2@C48 und Eu2@C58 kleine leere Fullerene im Bereich von C50 - C60

Alle Verbindungen wurden massenspektroskopisch nachgewiesen. Anhand der Intensitätsverteilungen kann eine in situ Darstellung durch Laserzerschuss bei der LDI ausgeschlossen werden. Ferner wurden erstmals Einkristalle von M@C74 · Co(OEP) · 2 C6H6 (M = Ba, Sr) gezüchtet und deren Strukturen aufgeklärt. In einem unabhängigen Experiment bestätigten XANES-Untersuchungen an Ba@C74-Proben, den endohedralen Charakter der Verbindung. Das Bariumatom befindet sich nicht im Käfigzentrum, sondern ist zum Käfigrand ausgelenkt. Die bei dem Verfahren auf den Graphithohlzylindern entstandenen graphitischen Aufwachsungen wurden durch verschiedene Verfahren näher charakterisiert, insbesondere wurden deren Aufbau und physikalischen Eigenschaften aufgeklärt. Des weiteren wurden erstmals Kohlenstoffnanoröhren mit der Hochfrequenzofenanlage dargestellt und mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie und Transmissionselek-tronenmikroskopie nachgewiesen. In this work the details of the set-up, and the progresses and further developments of the RF-furnace method are described. These improvements, and in particular the development of an internal resistance heating system, opened the route towards the synthesis of new empty and endohedral fullerenes. In addition, the results of structural investigations on endohedral fullerenes are also presented. XANES-measurements on Ba@C74 and micro crystal synchrotron radiation diffraction studies on the alkaline earth endohedral fullerenes M@C74 · Co(OEP) · 2 C6H6 (M = barium and strontium; OEP = octaethylporphin) are presented, respectively. Investigations have also been carried out on new spherical and bat-like carbon objects up to 3 mm in length. Major focus has been on the structure and physical properties. Finally, the last chapter discusses the production of carbon nanotubes with the RF-furnace and the synthesis of iron and nickel nanoparticles used as a catalyst in these experiments.