Novel Approaches to the Formation and Reactivity of Compounds with Silicon-Silocon-Bonds - COORDINATION PROJECT

Elementares Silicium, siliciumhaltige Materialien und molekulare Siliciumverbindungen sind in Chemie, Physik und Materialwissenschaften gleichermaßen bedeutend und haben zum wissenschaftlichen und technischen Fortschritt entscheidend beigetragen. Ziel des österreichischen Forschungsschwerpunkts ist es neue Ansätze und Strategien zur gezielten Synthese, Umwandlung und Modifizierung fester, polymerer oder molekularer siliciumhaltiger Verbindungen und Materialien zu entwickeln und zu optimieren. Die präparativen Arbeiten werden durch physikalisch-chemische und theoretische Untersuchungen unterstützt. Der Forschungsschwerpunkt konzentriert sich dabei auf zwei besonders aktuelle Teilbereiche, nämlich molekulare und polymere Verbindungen mit Si-Si-Bindungen (Di- und Oligosilane, Siliciumcluster, Polysilane) einerseits und nano- und mesostrukturierte siliciumhaltige Feststoffe (Siloxen, SiO, mesoporöse Silikate) andererseits. In der Fähigkeit molekulare oder polymere Verbindungen mit kovalenten Si-Si-Bindungen auszubilden ähnelt Silicium dem Kohlenstoff. Oligo- und Polysilane haben jedoch Halbleiter-Eigenschaften entlang der Si-Si-Kette. Zweidimensional ausgedehnte Systeme mit Si-Si-Gerüst sind bisher kaum bekannt. Sie sollten aber äußerst interessante chemische, elektrische und optische Eigenschaften haben. Ähnliches gilt für molekulare Silicium- Cluster. Die kontrollierte Erhöhung der Dimensionalität von Systemen mit Si-Si-Bindungen, ausgehend von monomeren Verbindungen oder kleinen Oligomeren, oder der Abbau dreidimensionaler Si-Si-(Sub)Strukturen in Festkörpern ist hochinteressant, da mit der Veränderung der Dimensionalität des Si-Si-Grundgerüsts eine kontinuierliche Änderung der Elektronenstrukturen und daher der physikalischen und chemischen Eigenschaften zu erwarten ist. Methoden zum Einbau organischer oder anorganischer funktioneller Gruppen in Verbindungen mit Si- Si-Bindung fehlen weitgehend. Durch eine derartige Modifizierung könnte das Eigenschafts-Spektrum solcher Verbindungen zusätzlich erweitert werden. Die gezielte Erzeugung nano- und mesostrukturierter fester Stoffe hat in den letzten Jahren eine stürmische Entwicklung erlebt, wobei Silicium-Sauerstoff-Systeme eine besonders wichtige Rolle spielen. In der Siliciumchemie gibt es mit Siloxen und festem Siliciummonoxid zwei Feststoffe, die lange bekannt sind und an denen großes technisches Interesse besteht. Ihr Bau ist immer noch nicht vollständig aufgeklärt, beide enthalten jedoch sowohl Si-Si- als auch Si-O-Bindungen, deren gegenseitige Anordnung im Nanometerbereich aber noch umstritten ist. Durch Untersuchung der Reaktivität und der Synthese von Modellverbindungen sollen diese Verbindungen neuen Anwendungen zugeführt und ihr Aufbau verstanden werden. Neben der Nutzung dieser "natürlichen" nanostrukturierten Verbindungen wird auch das hochaktuelle Thema der templatgesteuerten Synthese mesostrukturierter silikatischer Materialien durch einen neuen methodischen Ansatz verfolgt. Das wissenschaftliche Programm des österreichischen Forschungsschwerpunkt ist eng verknüpft mit dem Schwerpunktprogramm "Spezifische Phänomene in der Silicium-Chemie: Neue experimentelle und theoretische Ansätze zum gezielten Aufbau und besseren Verständnis von mehrdimensionalen Systemen" der Deutschen Forschungsgemeinschaft und mit einschlägigen Aktivitäten einiger Forschergruppen in der Schweiz. Dies trägt erheblich zur wissenschaftlichen und ökonomischen Effizienz der jeweiligen nationalen Programme bei und schafft Synergien.