TY  - THES
A1  - Rieger, Max
T1  - Preconcentration with Metal-Organic Frameworks as adsorbents for airborne Explosives and Hazardous Materials - A study using inverse gas chromatography
T1  - Anreicherung mit Metal-Organic Frameworks als „Adsorbentien für luftgetragene Explosiv- und Gefahrstoffe - Eine Studie mit inverser Gaschromatographie"
N2  - Sensitivity and selectivity remain the central technical requirement for analytical devices, detectors and sensors. Especially in the gas phase, concentrations of threat substances can be very low (e.g. explosives) or have severe effects on health even at low concentrations (e.g. benzene) while it contains many potential interferents. Preconcentration, facilitated by active or passive sampling of air by an adsorbent, followed by thermal desorption, results in these substances being released in a smaller volume, effectively increasing their concentration.
Traditionally, a wide range of adsorbents, such as active carbons or porous polymers, are used for preconcentration. However, many adsorbents either show chemical reactions due to active surfaces, serious water retention or high background emission due to thermal instability. Metal-organic frameworks (MOFs) are a hybrid substance class, composed inorganic and organic building blocks, being a special case of coordination polymers containing pores. They can be tailored for specific applications such as gas storage, separation, catalysis, sensors or drug delivery.
This thesis is focused on investigating MOFs for their use in thermal preconcentration for airborne detection systems. A pre-screening method for MOF-adsorbate interactions was developed and applied, namely inverse gas chromatography (iGC). Using this pulse chromatographic method, the interaction of MOFs and molecules from the class of explosives and volatile organic compounds was studied at different temperatures and compared to thermal desorption results.
In the first part, it is shown that archetype MOFs (HKUST-1, MIL-53 and Fe-BTC) outperformed the state-of-the-art polymeric adsorbent Tenax® TA in nitromethane preconcentration for a 1000 (later 1) ppm nitromethane source. For HKUST-1, a factor of more than 2000 per g of adsorbent was achieved, about 100 times higher than for Tenax. Thereby, a nitromethane concentration of 1 ppb could be increased to 2 ppm. High enrichment is addressed to the specific interaction of the nitro group as by iGC, which was determined by comparing nitromethane’s free enthalpy of adsorption with the respective saturated alkane. Also, HKUST-1 shows a similar mode of sorption (enthalpy-entropy compensation) for nitro and saturated alkanes.
In the second part, benzene of 1 ppm of concentration was enriched with a similar setup, using 2nd generation MOFs, primarily UiO-66 and UiO-67, under dry and humid (50 %rH) conditions using constant sampling times. Not any MOF within the study did surpass the polymeric Tenax in benzene preconcentration. This is most certainly due to low sampling times – while Tenax may be highly saturated after 600 s, MOFs are not. For regular UiO-66, four differently synthesized samples showed a strongly varying behavior for dry and humid enrichment which cannot be completely explained. iGC investigations with regular alkanes and BTEX compounds revealed that confinement factors and dispersive surface energy were different for all UiO-66 samples. Using physicochemical parameters from iGC, no unified hypothesis explaining all variances could be developed.
Altogether, it was shown that MOFs can replace or add to state-of-the-art adsorbents for the enrichment of specific analytes with preconcentration being a universal sensitivity-boosting concept for detectors and sensors. Especially with iGC as a powerful screening tool, most suitable MOFs for the respective target analyte can be evaluated. iGC can be used for determining “single point” retention volumes, which translate into partition coefficients for a specific MOF × analyte × temperature combination.
N2  - Empfindlichkeit und Selektivität bleiben die zentralen technischen Anforderungen an analytische Geräte, Detektoren und Sensoren. Speziell in der Gasphase können die Konzentrationen von Gefahrstoffen sehr niedrig sein (z. B. Explosivstoffe) oder bereits bei niedrigen Konzentrationen schädigende Auswirkungen auf die Gesundheit aufweisen (z. B. Benzol) während sie viele potenzielle Interferenzien enthält. Präkonzentration, die durch aktives oder passives Sampling von Luft durch ein Adsorbens, gefolgt von einer Thermodesorption realisiert wird, setzt diese Substanzen effektiv in einem kleineren Volumen frei, was zu einer Erhöhung der Konzentration führt.
Üblicherweise wird hierfür eine breite Auswahl an Adsorbentien wie Aktivkohlen oder poröse Polymere verwendet. Jedoch weisen viele Adsorbentien entweder chemische Reaktionen wegen aktiver Oberflächen, starke Wasserretention oder hohe Hintergrundemission wegen thermischer Instabilität auf. Metal-organic frameworks (MOFs) sind eine hybride Substanzklasse, ein Spezialfall der porösen Koordinationspolymere, die aus anorganischen und organischen Baugruppen aufgebaut sind. Sie können für spezifische Anwendungen wie Gasspeicherung, Trennung, Katalyse, Sensorik oder Wirkstofftransport maßgeschneidert werden.
Diese Arbeit befasst sich hauptsächlich mit der Untersuchung von MOFs bei der thermischen Anreicherung für luftgetragene Detektionssysteme. Eine Methode zur schnellen Untersuchung von MOF-Analyt Interaktionen wurde entwickelt und angewendet, die inverse Gaschromatographie (iGC). Mit dieser pulschromatographischen Methode wurde die Interaktion von MOFs und Molekülen aus der Klasse der Explosivstoffe sowie Klasse der flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) in der Gasphase bei verschiedenen Temperaturen untersucht und mit Thermodesorptionsmessungen verglichen.
Im ersten Teil der Arbeit würde gezeigt das Modell-MOFs (HKUST-1, MIL-53 und Fe-BTC) den polymeren Standard Tenax® TA beim Anreichern von Nitromethan an einer 1000 (später 1) ppm Nitromethan Quelle übertrafen. Im Fall von HKUST-1 konnte ein Faktor von 2000 pro Gramm erreicht werden, etwa 100-fach höher als für Tenax. Auf diese Weise könnte eine Nitromethan Konzentration von 1 ppb auf 2 ppm erhöht werden. Diese hohen Anreicherungsfaktoren entstammen vermutlich der hohen spezifischen Wechselwirkung der Nitrogruppe mit den MOFs. Diese wurden durch iGC beim Vergleich von Nitromethans freier Adsorptionsenthalpie mit dem entsprechenden gesättigten Alkan ermittelt. HKUST-1 weist auch einen ähnlichen Adsorptionsmodus (Enthalpie-Entropie Kompensation) für Nitro- und gesättigte Alkane auf.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Anreicherung von 1 ppm Benzol, mit einem ähnlichen Aufbau und anderen MOFs, hauptsächlich UiO-66 und UiO-67, unter trockenen und feuchten (50 %rF) Bedingungen bei konstanten Samplingzeiten, untersucht. Hierbei konnte kein MOF das polymere Tenax beim Anreichern von Benzol übertreffen. Dies liegt vermutlich an den niedrigen Samplingzeiten – während Tenax nach 600 s bereits stark gesättigt ist, gilt dies nicht für MOFs. Im Fall von UiO-66 zeigten vier Proben unterschiedlicher Herkunft ein stark unterschiedliches Verhalten bei trockener und feuchter Anreicherung welches nicht vollständig erklärt werden kann. iGC Untersuchungen mit gesättigten Alkanen und BTEX-Verbindungen konnten aufzeigen, dass räumliche Beschränktheitsfaktoren und dispersive Oberflächenenergien für alle vier Proben unterschiedlich waren. Mit physikochemischen Parametern aus iGC-Messungen konnte jedoch keine einheitliche Hypothese zum Unterscheiden der Proben entwickelt werden.
Insgesamt konnte gezeigt werden, dass MOFs bestehende Adsorbens-Standards zum Anreichern von bestimmten Analyten ersetzen oder erweitern können, wobei Präkonzentration ein Konzept ist, welches universell die Empfindlichkeit eines Detektors oder Sensors steigern kann. Insbesondere mit iGC als mächtiges Werkzeug zur Vorselektion können passende MOFs für die entsprechenden Zielanalyten evaluiert werden. Ebenso kann iGC auch zur Bestimmung von Einzelpunkt Retentionsvolumen, welche Verteilungskoeffizienten für eine bestimmte MOF × Analyt × Temperatur Kombination entsprechen, genutzt werden.
KW  - Metallorganisches Netzwerk
KW  - MOF
KW  - Gas chromatography
KW  - iGC
KW  - Explosives
KW  - Preconcentration
KW  - Explosivstoff
KW  - Inverse Gaschromatographie
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-177750
ER  - 
TY  - THES
A1  - Matthes, Philipp Robert
T1  - Neue Ln-N-Koordinationspolymere und MOFs als Hybridmaterialien für effektive Lumineszenz und neuartige Phosphore
T1  - New Ln-N-coordination polymers and MOFs as hybrid materials for effective luminescence and new phosphors
N2  - In der vorliegenden Arbeit wird die Darstellung und Charakterisierung von Komplexen, Koordinationspolymeren und MOFs auf der Basis von dreiwertigen Lanthanidchloriden und verschiedenen verbrückenden Azin- und Diazin-Liganden beschrieben. Ziel war es neuartige Koordinationspolymere mit effektiven Photolumineszenzeigenschaften zu generieren.
Es konnten 44 neue organisch-anorganische Hybridmaterialien präsentiert werden. Der Fokus der Arbeit lag neben der strukturellen Charakterisierung auf der Bestimmung der Photolumineszenzeigenschaften und der Betrachtung der thermischen Eigenschaften der Verbindungen.
Bei solvothermalen Reaktionen von wasserfreien Lanthanidchloriden mit den Liganden 4,4‘-Bipyridin (bipy) und Pyridin (py) konnten die dinuklearen Komplexe [Ln2Cl6(bipy)(py)6] mit Ln = Y, Pr, Nd, Sm-Yb, die strangartigen Koordinationspolymere 1∞[LnCl3(bipy)(py)2]·(py) mit Ln = Gd-Er, Yb und 1∞[Lu2Cl5(bipy)2 (py)4]1∞[LuCl4(bipy)], sowie das 2D-Netzwerk 2∞[Ce2Cl6(bipy)4]·(py) synthetisiert und mithilfe der Röntgeneinkristallstrukturanalyse charakterisiert werden. Spektroskopische Untersuchungen an den Verbindungen ergaben außergewöhnliche Photolumineszenzeigenschaften auf der Basis von Ln3+-Ionen mit Emissionen im UV-VIS und NIR-Bereich. Im Falle des dinuklearen Komplexes konnten mithilfe der Ionen Y3+, Gd3+, Tb3+ und Eu3+ Lichtemission in den RGB-Grundfarben generiert werden.
Der Einfluss salzsaurer Bedingungen führt zur Bildung der pyridiniumhaltigen Nebenphasen [Hpy]1∞[LnCl4(bipy)] mit Ln = Y, Tb), Yb, Lu, [Hpy]22∞[Sm2Cl8(bipy)3]·2(py) und [Hdpa] [EuCl4(dpa)].
Unter der Verwendung einer Schmelzsyntheseroute wurden die Verbindungen 3∞[La2Cl6(bipy)5] ·4(bipy) 2∞[Ln2Cl6(bipy)3]·2(bipy) mit Ln = Nd, Sm-Dy, Er, Yb und eine Dotierreihe mit Ln = Gd2-x-yEuxTy (x,y = 0-1), welche vor einigen Jahren im Arbeitskreis von Prof. Müller-Buschbaum et al. entdeckt wurden, dargestellt. Der Fokus der Arbeit lag hierbei auf der Bestimmung der Photolumineszenzeigenschaften der Netzwerke, wobei vor allem bei der Dotierreihe unter der Verwendung von Ln3+-zentrierter Emission ein stufenloses Farbtuning der Emissionsfarbe von grün nach rot erreicht werden konnte. Zusätzlich wurden an diesen Verbindungen systematische Untersuchungen zur strukturellen Aufklärung, der bei höheren Temperaturen entstehenden Netzwerk- und Gerüstverbindungen, durchgeführt. Hierbei konnten Kondensationsprodukte wie 3∞[LaCl3(bipy)], 2∞[Ln3Cl9(bipy)3] mit Ln = Pr, Sm, 2∞[Ho2Cl6(bipy)2] und 2∞[Gd2Cl6(qtpy)(bpy)]·(bipy) strukturell aufgeklärt werden.
Die Übertragung der solvothermalen Syntheseroute unter der Verwendung von Pyridin auf die gegenüber bipy verlängerten Azin-Liganden Dipyridylethen (dpe) bzw. –ethan (dpa) erwies sich als erfolgreich und resultierte in eine Erweiterung der Strukturchemie durch die Darstellung der lumineszierenden Koordinations-polymere 2∞[La2Cl6(dpe)3(py)2]·(dpe), 1∞[LnCl3(dpe)(py)2]·0.5(dpe)0.5(py) mit Ln = Eu, Gd, Er, 2∞[LaCl3(dpa)2]·(dpa) und 1∞[LnCl3(dpa)(py)2]·0.5(dpa)0.5(py) mit Ln = Gd, Er. Eine Verkürzung des bipy-Liganden in Form der Di-Azinen wie Pyrazin (pyz), Pyrimidin (pym) und Pyridazin (pyd) und deren Umsetzung mit LnCl3 führte zur Bildung von Komplexen und polymeren Strukturen wie 3∞[LaCl3(pyz)], [Ln2Cl6(pyz)(py)6]·2(pyz) mit Ln = Sm, Er, 1∞[Sm2Cl6(μ-pym)2(pym)3]·(pym), [Er2Cl6(pym)6] und [ErCl3(η-pyd)(pyd)2] mit Lumineszenzeigenschaften auf der Basis der jeweiligen Liganden und Ln3+-Ionen.
N2  - The present work is about the synthesis and characterization of complexes, coordination polymers and MOFs based on trivalent lanthanidechlorides and different bridging azine and diazine ligands. The creation of new coordination polymers with effective photoluminescent properties was a main goal of this thesis.
Therefore, 44 new organic-inorganic hybrid-materials are presented in this work. Main focus of investigation was on structural characterization and determination of photoluminescence and thermal properties of the synthesized compounds.
Solvothermal reactions of anhydrous lanthanidechlorides with the ligand 4,4‘-bipyridine (bipy) and pyridine (py) lead to dinuclear complexes [Ln2Cl6(bipy)(py)6] with Ln = Y, Pr, Nd, Sm-Yb, strand-like coordination polymers 1∞[LnCl3(bipy)(py)2]·(py) with Ln = Gd-Er, Yb and 1∞[Lu2Cl5(bipy)2(py)4]1∞[LuCl4(bipy)] and also 2D-networks like 2∞[Ce2Cl6(bipy)4]·(py) could be obtained and characterized by single-crystal-X-ray-stucture-determination. Spectroscopic investigations revealed extraordinary photoluminescence properties based on Ln3+-ions with light emission in the UV-VIS and NIR range. Especially the dinuclear complexes containing Y3+, Gd3+, Eu3+ and Tb3+ ions showed the RGB basic colors, allowing color tuning in the visible range. 
The influence of hydrochloric conditions lead to the formation of the pyridinium containing side phases [Hpy]1∞[LnCl4(bipy)] with Ln = Y, Tb, Yb, Lu, [Hpy]22∞[Sm2Cl8(bipy)3]·2(py) and [Hdpa]1∞[EuCl4(dpa)].
Furthermore, the compounds 3∞[La2Cl6(bipy)5]·4(bipy), 2∞[Ln2Cl6(bipy)3]·2(bipy) with Ln = Nd, Sm-Dy, Er, Yb and a solid solution with Ln = Gd2-x-yEuxTy (x,y = 0-1), which were discovered in the research group of Prof. Müller-Buschbaum et al., were synthesized by using a melt-synthesis route. Hereby, the emphasis was on the investigation of photoluminescence properties of the networks, most notably the color tuning properties based on Ln3+centered emission of the solid solution in the color range from green to red. Additionally, systematic investigations were performed on the networks for the determination of high-temperature dependent structural changes, leading to the structural characterization of the structural condensation products 3∞[LaCl3(bipy)], 2∞[Ln3Cl9(bipy)3] with Ln = Pr, Sm, 2∞[Ho2Cl6(bipy)2] and 2∞[Gd2Cl6(qtpy)(bipy)]·(bipy).
The transfer of the solvothermal reaction route with the use of pyridine as solvent on the ligands dipyridylethene (dpe) and -ethane (dpa) was successful, also leading to luminescent coordination polymers in 2∞[La2Cl6(dpe)3(py)2]·(dpe), 1∞[LnCl3(dpe)(py)2]·0.5(dpe)0.5(py) wih Ln = Eu, Gd, Er, 2∞[LaCl3(dpa)2]·(dpa) and 1∞[LnCl3(dpa)(py)2]·0.5(dpa)0.5(py) with Ln = Gd, Er. 
The shortening of the bipy ligand by using diazines, like pyrazine (pyz), pyrimidine (pym) and pyridazine (pyd) as connector ligands, resulted in the extension of coordination compounds based on LnCl3 and diazine building blocks. Therefore, complexes and coordination polymers like 3∞[LaCl3(pyz)], [Ln2Cl6(pyz)(py)6]·2(pyz) with Ln = Sm, Er, 1∞[Sm2Cl6(μ-pym)2(pym)3]·(pym), [Er2Cl6(pym)6] and [ErCl3(η-pyd)(pyd)2] were discovered and characterized. Furthermore, first basic luminescence properties of the used ligands and their interaction with Ln3+-ions were investigated.
KW  - Lanthanoide
KW  - Metallorganisches Netzwerk
KW  - Polymerkomplexe
KW  - Photolumineszenz
KW  - Leuchtstoff
KW  - Lanthanoide
KW  - MOF
KW  - Koordinationspolymer
KW  - Azine / Diazine
KW  - Photolumineszenz
KW  - lanthanides
KW  - coordination polymer
KW  - metal-organic frameworks
KW  - photoluminescence
KW  - azines / diazines
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-109519
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wehner, Tobias
T1  - Multifunktionale Kompositmaterialien auf Basis lanthanidhaltiger Verbindungen mit lumineszierenden Nanopartikeln und superparamagnetischen Mikropartikeln
T1  - Multifunctional composite materials based on lanthanide containing compounds with luminescent nanoparticles and superparamagnetic microparticles
N2  - Die vorliegende Arbeit umfasst die Synthese und Charakterisierung 23 neuartiger, multifunktionaler Kompositmaterialien basierend auf lanthanidhaltigen Verbindungen sowie verschiedenen Nano- und Mikropartikeln.
Die dargestellten Materialien konnten als Core/Shell-Systeme mit einem nano- bzw. mikropartikelhaltigen Kern und einer lanthanidhaltigen Hülle charakterisiert werden und vereinen aufgrund ihres Kompositcharakters die spezifischen Eigenschaften der Einzelkomponenten wie Lumineszenz, Superparamagnetismus oder Reflexionseigen-schaften miteinander.
Zur Synthese multifunktionaler, lumineszierender Materialien wurden zirconylbasierte, lumineszierende Nanopartikel mit Lanthanidchloriden und lanthanidhaltigen MOFs funktionalisiert. Die Kompositsysteme LnCl3@ZrO(FMN) (FMN = Flavinmononukleotid, Ln = Y, Sc, La, Eu, Tb, Ho) ermöglichen eine Modifizierung der Lumineszenzeigenschaf-ten der Materialien abhängig von der Reaktionstemperatur sowie dem verwendeten Selten-Erd-Ion. Durch Variation der Nanopartikelkomponente konnte mittels der Kom-posite LnCl3@ZrO(MFP) (MFP = Methylfluoresceinphosphat) ein zusätzlicher sol-vatochromer Effekt der Systeme eingeführt werden, während das Kompositmaterial YCl3@ZrO(RP) (RP = Resorufinphosphat) eine andere Chromatizität zugänglich macht.
Durch Modifizierung von ZrO(FMN)- und ZrO(MFP)-Nanopartikeln mit 3∞[Eu2(BDC)3]·
2DMF·2H2O (BDC2- = Benzol-1,4-dicarboxylat) wurden Kompositmaterialien dargestellt, die zwei Lumineszenzprozesse mit unterschiedlicher Chromatizität und unterschiedli-cher Anregbarkeit miteinander kombinieren und somit eine reversible Schaltbarkeit zwischen beiden Prozessen durch Variation der Anregungswellenlänge ermöglichen.
Zur Synthese luminomagnetischer Materialien wurden superparamagnetische Fe3O4/SiO2-Mikropartikel mit einer Vielzahl lanthanidhaltiger MOFs, die sich hinsichtlich ihrer Lumineszenzeigenschaften und ihrer Stabilität gegenüber Luft und Wasser unterscheiden, modifiziert. Als MOFs wurden hierbei 2∞[Ln2Cl6(Bipy)3]·2Bipy (Bipy = 4,4‘-Bipyridin, Ln = Nd, Sm, Eu, Tb, Er), 3∞[Eu(Im)2], 3∞[Ba0.95Eu0.05(Im)2] (Im  = Imidazolat) und 3∞[Eu2(BDC)3]·2DMF·2H2O eingesetzt. Die Variation der zur Funktionalisierung verwendeten Komponente oder eine Kombination mehrerer MOFs ermöglicht eine Anpassung der Lumineszenz der Kompositmaterialien innerhalb des kompletten sichtbaren Spektralbereichs sowie im NIR-Bereich.
Die dargestellten luminomagnetische Kompositmaterialien mit wasserempfindlichen MOFs können zur Detektion von Wasser in verschiedenen organischen Lösungsmitteln verwendet werden und stellen somit eine mobile und einfach anwendbare Alternative zur Karl-Fischer-Titration mit einer vergleichbaren Sensitivität dar. So eignen sich die Kompositsysteme 2∞[Eu2Cl6(Bipy)3]·2Bipy@Fe3O4/SiO2 und 2∞[Eu2Cl6(Bipy)3]·2Bipy,
2∞[Tb2Cl6(Bipy)3]·2Bipy@Fe3O4/SiO2 als optische turn-off-Sensoren, während das Kom-posit 3∞[Eu2(BDC)3]·2DMF·2H2O,2∞[Tb2Cl6(Bipy)3]·2Bipy@Fe3O4/SiO2 als ratiometrischer Sensor verwendet werden kann.
Als Alternative zu sphärischen Partikeln wurden auch anisotrope, stäbchenförmige Fe3O4/SiO2-Mikropartikel mittels 3∞[Eu2(BDC)3]·2DMF·2H2O modifiziert. Das resul-tierende Kompositmaterial vereint die isotropen Lumineszenzeigenschaften der MOF-Hülle mit der anisotropen Reflexion von sichtbarem Licht der. Durch die Wahl der Anregungswellenlänge und Richtung eines externen Magnetfelds wird eine stufenlose und reversible Schaltbarkeit zwischen isotropen und anisotropen Eigenschaften ermöglicht.
Durch mechanochemische Umsetzung der MOF-Edukte [LnCl3(Py)4]·0.5Py (Ln = Eu, Ho) und 4,4‘-Bipyridin konnte eine Vielzahl von literaturbekannten lanthanidhaltigen Komplexen und Koordinationspolymeren mittels einer neuen und zeiteffizienten Syntheseroute dargestellt werden. Hierbei kann die Verknüpfungsdimension der resultierenden Produkte abhängig von verschiedenen Reaktionsparametern, die den Energieeintrags der Kugelmühle beeinflussen, gesteuert werden.
N2  - The thesis at hand deals with the synthesis and characterization of 23 novel multi-functional composite materials that are based on lanthanide containing compounds as well as different nano- and microparticles.
The synthesized compounds can be described as core/shell systems with a nanoparticle and microparticle containing core, respectively, and a lanthanide containing shell. Due to their composite character, the materials combine the specific properties of their single constituents such as luminescence, superparamagnetism or reflection properties.
For the synthesis of multifunctional luminescent materials, zirconyl containing, lumines-cent nanoparticles were modified with lanthanide chlorides as well as lanthanide con-taining MOFs. The composite materials LnCl3@ZrO(FMN) (FMN = flavin mononucleo-tide, Ln = Y, Sc, La, Eu, Tb, Ho) enable a modification of the materials’ luminescence properties in dependence on the reaction temperature and the particular rare earth ion. Variation of the nanoparticle component leads on the one hand to formation of the sys-tem LnCl3@ZrO(MFP) (MFP = methylfluorescein phosphate), which exhibits a strong solvatochromic effect, and on the other hand to the composite YCl3@ZrO(RP) (RP = resorufin phosphate), which makes another chromaticity of the luminescence ac-cessible.
The modification of ZrO(FMN) and ZrO(MFP) nanoparticles with 3∞[Eu2(BDC)3]· 2DMF·2H2O (BDC2- = benzene-1,4-dicarboxylate) results in composite materials that combine two luminescence processes with a different chromaticity and a diverse excita-tion range. Therefore, a continuous and reversible switching between both processes can be executed by variation of the excitation wavelength.
For the synthesis of luminomagnetic materials, superparamagnetic Fe3O4/SiO2 micro-particles were modified with a variety of lanthanide containing MOFs that differ in terms of their luminescence properties and their water and air stability. For this purpose, the MOFs 2∞[Ln2Cl6(Bipy)3]·2Bipy (Bipy = 4,4’-Bipyridine, Ln = Nd, Sm, Eu, Tb, Er), 3∞[Eu(Im)2], 3∞[Ba0.95Eu0.05(Im)2] (Im- = imidazolate) and 3∞[Eu2(BDC)3]·2DMF·2H2O were employed for microparticle functionalization. By variation of the selected MOF or a combination of two different compounds, the luminescence properties of the composite materials could be adjusted in the whole visible spectral region as well as in the NIR region.
The synthesized luminomagnetic composite materials with water sensitive MOFs can be applied for the detection of water in various organic solvents. Therefore, such compo-sites can be used as alternative to the Karl-Fischer titration that is easy applicable, mo-bile and exhibits similar detection limits. The composite materials 2∞[Eu2Cl6(Bipy)3]· 2Bipy@Fe3O4/SiO2 and 2∞[Eu2Cl6(Bipy)3]·2Bipy,2∞[Tb2Cl6(Bipy)3]·2Bipy@Fe3O4/SiO2 can be deployed as optical turn-off sensors, while the composite system 3∞[Eu2(BDC)3]· 2DMF·2H2O,2∞[Tb2Cl6(Bipy)3]·2Bipy@Fe3O4/SiO2 is suitable for a ratiometric determina-tion of the water content.
As alternative to spherical particles, anisotropic rod-like Fe3O4/SiO2 microparticles were functionalized with 3∞[Eu2(BDC)3]·2DMF·2H2O. The resulting composite material com-bines the isotropic luminescence of the MOF shell with the anisotropic reflection of visible light of the microparticle component. A continuous and reversible switching between both optical properties is enabled by the variation of the excitation wavelength and the direction of an external magnetic field.
The mechanochemical reaction of the MOF precursors [LnCl3(Py)4]·0.5Py (Ln = Eu, Ho) and 4,4’-bipyridine leads to a variety of lanthanide containing complexes and coordina-tion polymers that have already been reported in literature. Thus, a novel and time effi-cient synthesis route could be described for an alternative preparation of these com-pounds. The dimensionality of the resulting substances can be influenced in dependence on different reaction parameters that have an influence on the application of energy by the ball mill.
KW  - Photolumineszenz
KW  - Metallorganisches Netzwerk
KW  - Superparamagnetismus
KW  - Mikropartikel
KW  - Nanopartikel
KW  - Kompositmaterialien
KW  - Lumineszenzsensor
KW  - Luminomagnetische Partikel
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-158186
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rybak, Jens-Christoph
T1  - Funktionale Koordinationspolymere und MOFs aus Reaktionen der Lanthanide und des Bariums mit Azol-Liganden – Synthese und Charakterisierung mit dem Fokus der Strukturbestimmung anhand von Röntgenpulverbeugungsdaten
T1  - Functional Coordination Polymers and MOFs from Reactions of the Lanthanides and Barium with Azole Ligands – Synthesis and Characterization with a Focus on Structure Determination from X-ray Powder Diffraction Data
N2  - Die hier vorliegende Arbeit behandelt die Darstellung und Charakterisierung von Koordinationspolymeren und MOFs der Lanthanide und des Bariums mit verschiedenen, azolischen, N-Heterozyklen. Es können insgesamt 18 neue organisch-anorganische Hybridmaterialien sowie eine Reihe von co-dotierten Verbindungen präsentiert werden. Neben der strukturellen Charakterisierung dieser Materialien anhand von Röntgenpulverbeugungsdaten steht die Betrachtung der thermischen und photolumineszenzspektroskopischen Eigenschaften im Fokus. Die Lanthanide von La bis Lu, mit den Ausnahmen Eu und Pm ergeben durch Reaktion mit 1H-1,2,3-Triazol die Reihe der isotypen dichten 3D-MOFs 3{infinite}[Ln(Tz*)3]. Die photolumineszenzspektroskopische Untersuchung dieser Verbindungen offenbart eine große Bandbreite verschiedener Lumineszenzphänomene inklusive eines so erstmals beobachteten intrinsischen inner-filter-Effektes der Ln3+-Ionen. Die Strukturen dieser isotypen Reihe von Verbindungen wurden anhand von Röntgenpulverbeugungsdaten gelöst und verfeinert. Ein 2D-Polymorph dieser Verbindungen, 2{infinite}[Ln(Tz*)3], wird für Ln = Sm, Tb beschrieben und anhand von Einkristallbeugungsdaten charakterisiert. Die Reaktion von Eu mit 1H-Benzotriazol ergibt das 1D-Koodinationspolymer 1{infinite}[Eu(Btz)2(BtzH)2], welches das erste Beispiel eines zweiwertigen Seltenerdbenzotriazolats darstellt. Die Analyse der thermischen Eigenschaften dieser Verbindung weist auf die Umwandlung in das 3D-MOF 3{infinite}[Eu(Btz)2] hin, dessen Struktur ebenfalls aus Röntgenpulverbeugungsdaten bestimmt wurde. Die Untersuchung der Photolumineszenzeigenschaften der Verbindungen der Mischkristallreihe 3{infinite}[Ba1-xEux(Im)2], welche aus Reaktionen der salzartigen Hydride BaH2 und EuH2 mit Imidazol dargestellt wurden, zeigen, dass die Synthese lumineszenter MOFs durch Co-Dotierung nicht lumineszenter Netzwerke mit geeigneten Lumineszenzzentren möglich ist. Die Struktur dieser Materialien wurde anhand der undotierten Verbindung 3{infinite}[BaEu(Im)2] aus Röntgenpulverbeugungsdaten bestimmt. Die strukturelle Charakterisierung von Materialien anhand von Röntgenpulverbeugungsdaten nimmt einen besonderen Stellenwert innerhalb dieser Arbeit an. Es wird ein Verfahren präsentiert, das über Indizierung des Diffraktogramms, Intensitätsextraktion und Strukturlösung über charge-flipping-Methoden eine Möglichkeit darstellt ab initio die Struktur eines unbekannten Materials ausschließlich anhand von Röntgenpulverbeugungsdaten zu bestimmten. Des Weiteren wird aufgezeigt, wie die Strukturen dieser Materialien, mit einem hohen Anteil schwach streuender Leichtatome, durch die Verwendung von rigid body constraints verfeinert werden können. Die Strukturlösungen von 3{infinite}[Ga(Tz)2], 3{infinite}[Sr(Im)2]:Ce und 3{infinite}[Yb(Im)3]ImH aus Röntgenpulverbeugungsdaten stellen weitere Beispiele für die erfolgreiche Anwendung der im Rahmen dieser Arbeit präsentierten Methode dar.
N2  - This thesis deals with the synthesis and characterization of coordination polymers and MOFs of the lanthanides and barium with different azolic N-heterocycles. A total of 18 new organic-inorganic hybrid materials, as well as a series of co-doped compounds is presented. Besides the structural characterization of these materials from X-ray diffraction powder data, the focus of the investigations is on the thermal and photoluminescence spectroscopic properties. The lanthanides La – Lu, except Eu and Pm, can be reacted with 1H-1,2,3-triazole to give the series of the isotypic dense 3D-MOFs 3{infinite}[Ln(Tz*)3]. Investigation of the photoluminescence properties of these compounds reveals a broad range of different luminescence phenomena, including the first observation of an intrinsic inner-filter effect of the Ln3+-ions. The structure of this isotypic series of compounds was solved and refined from X-ray powder diffraction data. A 2D-polymorph of these compounds 2{infinite}[Ln(Tz*)3], is observed for Ln = Sm, Tb and was characterized by single crystal data. The reaction of Eu with 1H-benzotriazole yields the 1D-coordination polymer 1{infinite}[Eu(Btz)2(BtzH)2], which is the first example of a divalent rare earth benzotriazolate. Analysis of the thermal properties reveals the transformation to the 3D-MOF 3{infinite}[Eu(Btz)2] at higher temperatures. The structure of this material was also solved from X-ray powder diffraction data. Investigation of the photoluminescence properties of the co-doped compounds 3{infinite}[Ba1-xEux(Im)2], which were obtained from reaction of the salt-like hydrides BaH2 and EuH2 with imidazole, show that the synthesis of luminescent MOF materials by co-doping of non-luminescent networks with luminescence centers is possible. The structure of these materials was solved from X-ray powder diffraction data of the undoped compound 3{infinite}[BaEu(Im)2]. Structural characterization of materials from X-ray powder diffraction data is an important aspect of this thesis. A method is presented, which allows, by indexing a diffractogram, intensity extraction and structure solution by charge flipping, to solve the structure of a material, ab initio, from X-ray powder diffraction data exclusively. Moreover it is shown how to refine structures with a high amount of weakly scattering atoms, using rigid body constraints. The structure solutions of 3{infinite}[Ga(Tz)2], 3{infinite}[Sr(Im)2]:Ce and 3{infinite}[Yb(Im)3]ImH from X-ray powder diffraction data are further examples for the suc¬cessful application of the method presented within this thesis.
KW  - Lanthanoide
KW  - Metallorganisches Netzwerk
KW  - Barium
KW  - Pulvermethode
KW  - Azolate
KW  - Koordinationspolymere
KW  - Lanthanides
KW  - Azolates
KW  - Coordination Polymers
KW  - MOFs
KW  - X-Ray Powder Diffraction
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-77679
ER  - 
TY  - THES
A1  - Meyer, Larissa Valerie
T1  - Dünne Filme, Detektoren sowie Co-Dotierungen und Mischbarkeiten auf Basis von lumineszierenden Erdalkali-/Selten-Erd-Imidazolat-Gerüstverbindungen
T1  - Thin films, detectors as well as co-doping and miscibilities based on luminescent alkaline earth / rare earth imidazolate frameworks
N2  - This thesis deals with the formation of thin films and luminescence based detectors as well as co-dopings and larger miscibilities in luminescent alkaline earth / rare earth imidazolate coordination polymers and MOFs (metal organic frameworks).
The formation of luminescent thin films of the coordination polymers 3∞[Sr1-xEux(Im)2] (x = 0 - 1) and the MOFs 3∞[Tb(Im)3] and 3∞[Ce(Im)3ImH]·ImH on nanostructured alumina substrates (AAO-substrates) was enabled by a new in-situ coating method based on a solvent free melt synthesis. Various layer thicknesses as well as different degrees of coverage were achieved. For the in-situ deposition of 3∞[Sr0.95Eu0.05(Im)2] two different coating strategies for the AAO substrates were established. In addition to the melt approach an electride induced coating method was carried out. Extraordinary baryte rose analogue crystals were observed on the AAO surface for the electride induced coating method. The deposition of the MOFs 3∞[Tb(Im)3] and 3∞[Ce(Im)3ImH]·ImH also took place via CVD processes (chemical vapor deposition). Thin luminescent films of the framework 3∞[Eu(Im)2] on (0001)-sapphire sub-strates were created by a new femto-PLD-process (femto-pulsed-laser-deposition). The films displayed a switchable transparency depending on the wavelength of the incoming light. 
3∞[Sr0.95Eu0.05(Im)2], 3∞[Tb(Im)3] and 3∞[Ce(Im)3ImH]·ImH were examined as potential sensors or detectors regarding eight solvents and four gases. The exposure of the networks to water lead to a complete loss of luminescence intensity. MeOH-exposure is followed by a batho-chromic shift of the chromaticity of 3∞[Sr0.95Eu0.05(Im)2] from turquoise to orange. Acetone, pyridine, toluene, hexane, acetonitrile and dichloromethane increase the luminescence in-tensity of 3∞[Sr0.95Eu0.05(Im)2] and 3∞[Tb(Im)3]. The luminescence intensity of 3∞[Ce(Im)3ImH]·ImH is increased by acetonitrile as well as dichloromethane, but decreased under the influence of the other investigated solvents.
The interaction of O2 and CO2 lead to a decrease of luminescence intensity by a turn-off-effect with the compounds 3∞[Tb(Im)3] and 3∞[Ce(Im)3ImH]·ImH, whereas no influence on the luminescence intensity of 3∞[Sr0.95Eu0.05(Im)2] was observed during exposure to N2, Ar, O2 and CO2.
New coordination polymers 3∞[La4(Im)12(ImH)5]∙xImH (x = 2 - 3) and 3∞[Gd(Im)3] were synthe-sized as missing parts in the field of rare earth imidazolates. Both networks and the known alkaline earth imidazolates 2∞[Ca(Im)2(ImH)2], 3∞[Sr(Im)2] and 3∞[Ba(Im)2] as well as the rare earth imidazolates 3∞[Y(Im)3], 3∞[Ln(Im)3ImH]·ImH (Ln = Ce, Pr, Nd, Sm), 3∞[Gd2(Im)6(ImH)1.5]·0.5 ImH and 3∞[Tb(Im)3] were used as host lattice for the intrinsic luminescence of the Ln-ions Ce3+, Sm3+, Eu2+, Tb3+, Dy3+ and Yb3+. In addition to co-doping, larger miscibilities and possible phase boundaries were investigated. The correlation be-tween structure and luminescence as well as the possibility of color tuning based on additive color mixing of the emission colors were explored with the obtained bulk materials. 
Furthermore, the solvent free approach was expanded to alkaline earth and lanthanide met-als and the bicyclic ligand 1H-benzimidazole. The monomeric complexes [M(BIm)2(BImH)4] (M = Ca, Sr, Eu) and the two dimensional coordination polymers ²[AE(BIm)2] (AE = Mg, Ba) and ²[Eu(BIm)2(BImH)2] were synthesized and fully characterized. In the case of the Ba con-taining network two polymorphic forms of the network were obtained.
N2  - Die vorliegende Arbeit behandelt die Herstellung dünner Filme und lumineszenzbasierter Detektoren sowie die Untersuchung von Co-Dotierungen bis hin zu größeren Bereichen von Mischbarkeiten auf Basis von lumineszierenden Erdalkali-/Selten-Erd-Imidazolat-Gerüstverbindungen und MOFs (metal organic frameworks). 
Die Herstellung lumineszierender, dünner Filme der Koordinationspolymere 3∞[Sr1-xEux(Im)2] (x = 0-1) und der MOFs 3∞[Tb(Im)3] und 3∞[Ce(Im)3ImH]·ImH auf nanoporösen, vorstrukturier-ten Aluminiumoxid-Trägern (AAO-Träger) gelang durch eine neue in-situ-Beschichtungsmethode auf Basis der solvensfreien Schmelzsynthese. Es wurden Filme mit unterschiedlichen Schichtdicken sowie Bedeckungsgraden erhalten. Die in-situ-Beschichtung von 3∞[Sr0.95Eu0.05(Im)2] auf AAO-Trägern erfolgte neben der Schmelzsynthese durch tieftem-peratur- und elektridinduzierte Vororganisation der Metalle mit nachfolgender Schmelzsyn-these. Außergewöhnliche, Barytrosen-analoge Kristallite konnten dabei auf den AAO-Trägern beobachtet werden. Für die Abscheidung der beiden MOFs 3∞[Tb(Im)3] und 3∞[Ce(Im)3ImH]·ImH konnten zudem CVD-Prozesse (chemical vapor deposition) nachge-wiesen werden. Mittels eines neuen Femto-PLD-Verfahrens (femto-pulsed-laser-deposition) konnten zudem lumineszierende, dünne Filme aus 3∞[Eu(Im)2] auf (0001)-Saphirsubstraten erhalten werden, die eine optische Schaltbarkeit in Abhängigkeit vom eingestrahlten Licht aufweisen. 
3∞[Sr0.95Eu0.05(Im)2], 3∞[Tb(Im)3] und 3∞[Ce(Im)3ImH]·ImH wurden auf ihre Fähigkeit untersucht, als potentielle Sensoren bzw. Detektoren für acht Lösungsmittel und für vier Gase zu fungie-ren. Unter dem Einfluss von Wasser wird die Lumineszenz aller drei Netzwerke sofort und vollständig gequencht. Der MeOH-Einfluss auf 3∞[Sr0.95Eu0.05(Im)2] führt zu einem bathochro-men Shift der Chromatizität von türkis zu orange. Die Lösungsmittel Aceton, Pyridin, Toluol, Hexan, Acetonitril und Dichlormethan führen zu turn-on-Effekten unterschiedlicher Stärke auf die Lumineszenzintensität von 3∞[Sr0.95Eu0.05(Im)2] und 3∞[Tb(Im)3]. Die Lumineszenz von 3∞[Ce(Im)3ImH]·ImH erfährt nur durch Acetonitril und Dichlormethan einen turn-on-Effekt, die übrigen Solventien führen zu einem turn-off-Effekt.
Die Gasexpositionen führten im Fall der Polymere 3∞[Tb(Im)3] und 3∞[Ce(Im)3ImH]·ImH zu ei-nem turn-off-Effekt durch O2 und CO2 auf die Lumineszenz, wohingegen die Lumineszenz von 3∞[Sr0.95Eu0.05(Im)2] durch die untersuchten Gase N2, Ar, O2 und CO2 nicht beeinflusst wer-den konnte.
In dieser Arbeit konnten mit den beiden neuen Koordinationspolyme-ren 3∞[La4(Im)12(ImH)5]∙xImH (x = 2 - 3) und 3∞[Gd(Im)3] fehlende Glieder in der Reihe der Sel-ten-Erd-Imidazolate synthetisiert und vollständig charakterisiert werden. Beide Gerüste so-wie die bereits bekannten Erdalkali-Imidazolate 2∞[Ca(Im)2(ImH)2], 3∞[Sr(Im)2] und 3∞[Ba(Im)2] und die Selten-Erd-Imidazolate 3∞[Y(Im)3], 3∞[Ln(Im)3ImH]·ImH (Ln = Ce, Pr, Nd, Sm), 3∞[Gd2(Im)6(ImH)1.5]·0.5 ImH und 3∞[Tb(Im)3] konnten als Wirtsgitter für die intrinsisch lumineszierenden Ln-Ionen Ce3+, Sm3+, Eu2+, Tb3+, Dy3+ und Yb3+ erfolgreich verwendet wer-den. Über Co-Dotierungen hinaus wurden auch größere Bereiche der Mischbarkeiten sowie das Auftreten von eventuellen Phasengrenzen untersucht. Die erhaltenen Bulkmaterialien wurden auf Struktur-Eigenschafts-Beziehungen sowie auf ein Farbtuning der Lumineszenz durch additive Farbmischung der zugrundeliegenden Emissionsfarben untersucht. 
Die Synthesestrategie der solvensfreien Schmelzsynthese konnte erfolgreich auf die Erdalka-li- und Lanthanidmetalle und den bicyclischen Liganden 1H-Benzimidazol übertragen wer-den. Es wurden neben den monomeren Komplexen [M(BIm)2(BImH)4] (M = Ca, Sr, Eu) die zweidimensionalen Koordinationspolymere ²[EA(BIm)2] (EA = Mg, Ba) synthetisiert und voll-ständig charakterisiert. Das Ba-Netzwerk tritt zudem in zwei Polymorphen auf. Im Fall der Umsetzung der Lanthanidmetalle konnte ²[Eu(BIm)2(BImH)2] erfolgreich synthetisiert und charakterisiert werden.
KW  - Metallorganisches Netzwerk
KW  - Lanthanoide
KW  - Erdalkalimetalle
KW  - Photolumineszenz
KW  - Mischbarkeit
KW  - Koordinationspolymere
KW  - coordination polymer
KW  - MOF
KW  - Beschichtungen
KW  - lumineszenzbasierte Detektoren
KW  - metal-organic framework
KW  - coatings
KW  - luminescence based detectors
KW  - Metallorganische Gerüstverbindung
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-121501
ER  -