Fulleren kemi med silicium

Goethe-universitetets kemikere har formået at syntetisere en forbindelse med et Si20-dodekaeder. Det platoniske faste stof, som blev offentliggjort i Angewandte Chemie tidsskrift, er ikke kun æstetisk tiltalende, det åbner også op for nye perspektiver for halvlederindustrien.

Opdagelsen af ​​det fodboldformede C60-molekyle i 1985 var en milepæl for udviklingen af ​​nanoteknologi. Parallelt med det hurtigt blomstrende forskningsfelt i kulstoffullerener, forskere har brugt lang tid forgæves på at skabe strukturelt lignende siliciumbure. Goethe-universitetets kemikere har nu formået at syntetisere en forbindelse med et Si20-dodekaeder. Det platoniske faste stof, som blev offentliggjort i Angewandte Chemie tidsskrift, er ikke kun æstetisk tiltalende, det åbner også op for nye perspektiver for halvlederindustrien.

Si20-dodekaederet er nogenlunde lige så stort som C60-molekylet. Imidlertid, der er nogle afgørende forskelle mellem typerne af bindinger:Alle kulstofatomer i C60 har et koordinationstal på tre og danner dobbeltbindinger. I silicium dodecahedron, i modsætning, alle atomer har et koordinationsnummer på fire og er forbundet gennem enkeltbindinger, således at molekylet også er relateret til dodecahedran (C20H20). "På sin tid, dodecahedrane blev betragtet som 'Mount Everest' af organisk kemi, fordi det oprindeligt kun kunne syntetiseres gennem en 23-trins sekvens. I modsætning, vores Si20 bur kan oprettes i ét trin med udgangspunkt i Si2 byggeklodser, " forklarer prof. Matthias Wagner fra Goethe University Institute of Inorganic and Analytical Chemistry.

Si20 hule kroppe, som er blevet isoleret af hans ph.d.-studerende, Jan Tillmann, er altid fyldt med en chloridion. Frankfurt-kemikerne antager derfor, at buret danner sig omkring anionen, som dermed har en strukturbestemmende effekt. På dens overflade, klyngen bærer otte kloratomer og tolv Cl3Si-grupper. Disse har meget symmetriske arrangementer i rummet, derfor er molekylet særligt smukt. Kvantekemiske beregninger udført af professor Max C. Holthausens forskergruppe ved Goethe Universitet viser, at det substitutionsmønster, der blev observeret eksperimentelt, faktisk frembringer en udtalt stabilisering af Si20-strukturen.

I fremtiden, Tillmann og Wagner planlægger at bruge de overfladebundne Cl3Si-ankergrupper til at producere tredimensionelle nanonetværk ud af Si20-enheder. Forskerne er særligt interesserede i anvendelsespotentialet af denne nye forbindelse:"Spatialt strengt begrænsede siliciumnanopartikler udviser fundamentalt forskellige egenskaber end konventionelle siliciumwafere, " forklarer Matthias Wagner. Den længe tilstræbte adgang til siladodecahedran åbner således muligheden for at studere de grundlæggende elektroniske egenskaber af burlignende Si-nanopartikler sammenlignet med krystallinsk halvledersilicium.