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.

Aminoborylenkomplexe der Gruppe 6 [(OC)5M=BN(SiMe3)2] (M = Cr, Mo, W) reagieren mit Übergangsmetallkomplexen unter Transfer der Boryleneinheit bzw. in Transmetallierungsreaktionen und bilden dabei neuartige Borylenkomplexe. In dieser Dissertation wird die Synthese, Charakterisierung und Reaktivität der auf diesem Wege dargestellten Verbindungen - unter anderem Hydridoborylenkomplexe, Bis(borylen)komplexe und borylensubstituierte MOLPs - beschrieben.

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.

Die vorliegende Arbeit umfasst die Synthese, die Untersuchung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und Eigenschaftsmodifikationen von Komplexen und Koordinationspolymeren basierend auf den 3d-Übergangsmetallchloriden von Mn, Fe, Co sowie Zn und N-heterozyklischen Liganden. Durch die Kombination von mechanochemische Umsetzungen, mikrowellenassistierten Synthesen, solvensassistierten, solvothermalen und solvensfreien Reaktionen zu verschiedenen Synthesestrategien wurden 23 neue Koordinationsverbindungen synthetisiert und charakterisiert. Ausgehend von den auf mechanochemischem Weg synthetisierten, monomeren Precursor-Komplexen [MCl2(TzH)4] (M = Mn und Fe) konnten die höhervernetzten Koordinationspolymere 1∞[FeCl(TzH)2]Cl und 1∞[MCl2(TzH)] (M = Fe und Mn) durch thermische und mikrowelleninduzierte Konversionsreaktionen als phasenreine Bulkprodukte erhalten werden. Die sukzessive Abgabe organischer Liganden und die damit verbundene Umwandlung in die höhervernetzten Spezies wurden dabei mittels temperaturabhängiger Pulverdiffraktometrie und simultanem DTA/TG-Verfahren analysiert. Durch gezielte Variation der Lösungsmittel beim Liquid-assisted grinding, der mechanochemischen Synthese unter Zugabe einer flüssigen Phase, konnten die beiden polymorphen Koordinationspolymere α-1∞[MnCl2(BtzH)2] und β-1∞[MnCl2(BtzH)2] erhalten werden, die im monoklinen bzw. orthorhombischen Kristallsystem kristallisieren. Solvensassistierte Umsetzungen von MnCl2 mit 1,2,4-1H-Triazol (TzH) unter Zugabe von Hilfsbasen resultierten unter anderem in der Bildung der dreidimensionalen Koordinationspolymere 3∞[MnCl(Tz)(TzH)] und 3∞{[Mn5Cl3(Tz)7(TzH)2]}2·NEt3HCl. Die Untersuchung von Struktur-Eigenschafts-Korrelationen erfolgte systematisch an ausgewählten Verbindungen hinsichtlich ihrer dielektrischen Eigenschaften. Dabei wurden die Einflüsse intra- und intermolekularer Wechselwirkungen auf die strukturelle Rigidität und die daraus folgenden Polarisierbarkeitseigenschaften analysiert und miteinander verglichen. Die gemessenen dielektrischen Konstanten erstrecken sich von Werten im high-k-Bereich für monomere Komplexe bis hin zu den nahezu frequenzunabhängigen low-k-Werten der eindimensionalen Koordinationspolymere 1∞[MnCl2(TzH)] und 1∞[MnCl2(BtzH)2] sowie der Komplexe [ZnCl2(TzH)2] und [ZnCl2(BtzH)2]·BtzH. Eigenschaftsmodifikationen und -optimierungen der synthetisierten Verbindungen er-folgten zum einen durch Erzeugung flexibler Kunststofffilme, in welche die eindimensionalen Koordinationspolymere 1∞[MCl2(TzH)] (M = Fe und Mn) eingebettet wurden. Zum anderen konnten in mechanochemischen Umsetzungen superparamagnetische Kompositpartikel bestehend aus einem Fe3O4/SiO2-Kern und einer kristallinen [ZnCl2(TzH)2]-Hülle erhalten werden, die in situ aus den Edukten ZnCl2 und TzH synthetisiert wurde.

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.