Die neuartige Festk?rperverbindung stammt aus der Substanzklasse der Borosulfate. Bei ihnen geht ein Bor-Atom Bindungen zu mehreren Sulfatgruppen ein, die ihrerseits aus Schwefel und Sauerstoff bestehen. Typischerweise entsteht dabei eine Tetraeder-Struktur: Das Bor-Atom sitzt im Zentrum, vier Sulfatgruppen bilden die Tetraeder-Ecken.
?Wir haben nun ein Borosulfat hergestellt, bei dem das Bor nur an drei Sulfatgruppen gebunden ist“, erkl?rt Prof. Dr. Henning H?ppe vom Lehrstuhl für Festk?rperchemie der Universit?t Augsburg. ?An Stelle der vierten Gruppe entsteht dann eine Art Tasche, an die andere Moleküle andocken k?nnen.“

Atome bestehen aus einem positiv geladenen Kern, der von einer Hülle aus negativ geladenen Elektronen umgeben ist. Die Sulfatgruppen wirken nun auf die Elektronen des Bor-Atoms wie drei Staubsauger und ziehen sie ein Stück weit zu sich herüber. Das Bor ist daher bemüht, dieses Defizit auszugleichen - es lechzt gewisserma?en nach Elektronen.
Chemiker nennen solche Substanzen auch ?Lewis-S?uren“. Ihnen ist gemeinsam, dass sie gerne Verbindungen zu Molekülen eingehen, die ihnen Elektronen spenden k?nnen - den Lewis-Basen. Bei dem neuartigen Borosulfat liegt in der freien Bindungstasche ein Wassermolekül, das diese Rolle übernimmt. ?Vermutlich k?nnen aber auch Gase wie Kohlenmonoxid oder gar Stickstoff als Lewis-Base fungieren“, erl?utert Philip Netzsch, der gerade seine Promotion in der Arbeitsgruppe von Prof. H?ppe mit ?Summa cum Laude“ abgeschlossen hat.

Wenn eine Lewis-Base an eine Lewis-S?ure andockt, werden ihre Elektronen teilweise zur S?ure hin verlagert. Dadurch werden die Bindungen innerhalb der Base geschw?cht. ?Kohlenmonoxid etwa besteht aus einem Kohlenstoff- und einem Sauerstoff-Atom, die durch eine sehr stabile Dreifachbindung miteinander verknüpft sind“, sagt H?ppe. ?Diese aufzubrechen, erfordert normalerweise viel Energie. Wenn das Molekül zun?chst an unser Borosulfat bindet, destabilisiert das die Dreifachbindung, so dass sie sich deutlich leichter trennen lassen sollte.“

Auf diese Weise lie?e sich Kohlenmonoxid m?glicherweise in einem sehr effizienten Prozess zu Methanol umsetzen. Auch die umweltfreundliche Herstellung von Düngemitteln aus Luftstickstoff ist denkbar - ein Ziel, an dem sich Chemiker weltweit schon lange die Z?hne ausbei?en. Das Borosulfat würde bei diesen Reaktionen nicht verbraucht werden, sondern lediglich als Katalysator dienen. Ob die Substanz h?lt, was sie verspricht, muss sie aber noch in weiteren Untersuchungen zeigen.

Lange Zeit wusste man nicht, ob sich Borosulfate überhaupt herstellen lassen. Dazu muss man n?mlich zwei S?uren miteinander reagieren lassen - die schwache Bors?ure mit der sehr starken Schwefels?ure. So ganz ohne Weiteres klappt das nicht. Seit den frühen 1960er Jahren gab es erste Hinweise auf erfolgreiche Synthesen, die Arbeitsgruppe um Prof. H?ppe war aber 2012 die erste, der eine Strukturaufkl?rung einer solchen Verbindung gelang. ?In den letzten Jahren haben wir die chemischen Prozesse bei der Synthese zunehmend besser verstanden“, erkl?rt er. ?Dass es uns nun gelungen ist, diesen Vertreter einer v?llig neuen Gruppe von Borosulfaten herzustellen, erweitert das Potential dieser Materialklasse enorm.“

Publikation:
Philip Netzsch, Regina Stroh, Florian Pielnhofer, Ingo Krossing & Henning A. H?ppe:
Strong Lewis and Br?nsted Acidic Sites in the Borosulfate Mg3[H2O→B(SO4)3]2; Angewandte Chemie; https://doi.org/10.1002/anie.202016920bzw. für die deutsche Fassung https://doi.org/10.1002/ange.202016920

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