Zur Kristallchemie intermediärer Phasen der Systeme M2O/MO/M2O3-B2O3-P2O5-H2O

Mikroporöse Materialien auf Basis von Alumosilicaten (Zeolithen) werden hinsichtlich ihres Anwendungspotentials als Katalysatoren, Molekularsiebe und Ionentauscher schon seit geraumer Zeit auf breiter Basis untersucht. In den letzten Jahren konzentriert sich das Interesse an mikroporösen bzw. zeolith-analogen Systemen verstärkt auf Aluminiumphosphate und substituierte Varianten sowie auf Zinko-, Beryllo- Gallium/Gallo- und Zinkogallophosphate. Auch ein mikroporöses Zinkborat ist bekannt. Borophosphate werden dagegen erst in jüngster Zeit systematisch untersucht. Dies ist erstaunlich und bemerkenswert zugleich, da die technologische Auswirkung der Substitution von Aluminium und/oder Silicium durch Bor in zeolithischen Molekularsieben, wie z. B. in Bor/MFI-Zeolith, bereits seit längerem bekannt ist. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Synthesen von intermediären Verbindungen in den Systemen MI2O-MIIO/MIII2O3-B2O3-P2O5-(H2O) (MI= Li, Na, K; MII= Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn; MIII= Fe) unter milden hydrothermalen Bedingungen bei 120 - 170 °C durchgeführt. Die Kristallstrukturen der neuen Phasen wurden auf der Basis von Einkristalldaten bestimmt, die einiger isotyper Verbindungen anhand von Pulverdaten nach der Rietveld-Methode verfeinert. Zur Ergänzung der Röntgenstrukturbestimmungen wurden Infrarot-, zur Festlegung der Oxidationszustände von Eisen Mößbauerspektroskopische Untersuchungen durchgeführt. Das thermische Verhalten der Verbindungen wurde über Differenz-Thermoanalyse in Kombination mit Thermogravimetrie charakterisiert. Die Kristallstrukturen der dargestellten Alkalimetall-Übergangsmetall-Borophosphate zeigen ein breites Spektrum von Anionenteilverbänden, die von oligomeren Einheiten, über Ketten- und Bänder- bis zu Gerüststrukturen reichen. Um diese Variationen systematisch zu erfassen, wurde versucht, ein Kondensationsprinzip auf Basis fortschreitender Verknüpfungen ausgehend von dreikernigen Basis-Einheiten, die aus einem BO4- und zwei PO4-Tetraedern aufgebaut werden, zu entwickeln. Weiterhin ist es gelungen eine Familie von isotypen bzw. strukturell sehr eng verwandten Verbindungen MIMII(H2O)x[BP2O8]· yH2O (MI: Li, Na, K; MII: Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn; x: 1, 2; y: 0.5, 1, 2) zu charakterisieren. Die chiralen Gerüststrukturen der Verbindungen werden aus MII-Oktaedern, Borat- und Phosphat-Tetraedern über Eckverknüpfung gebildet und weist die CZP-Topologie auf. Mit der Synthese von K[ZnBP2O8] wird nun eine neue Art der Verknüpfung der charakteristischen 4.82-Netze der Feldspat-Topologie gebildet und zeigt, daß mit Metallo-Borophosphaten Anionenteilstrukturen realisiert werden können, welche die Tür zu tatsächlich mikroporösen Systemen öffnen