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Die Mechanochemie wird als Alternative zu konventionellen Syntheserouten mittlerweile vielfältig eingesetzt. In dieser Arbeit wurden verschiedene Ansätze genutzt, um die mechanochemischen Mechanismen systematisch aufzuklären. Anhand von Modellsystemen (Cokristalle) wurden die mechanochemischen Synthesewege durch in situ-Verfolgung aufgeklärt, die kinetischen sowie thermodynamischen Stabilitäten der Edukte und Produkte ermittelt sowie die Aktivierungsenergie quantitativ abgeschätzt. Die Ergebnisse führten zur Hypothese, dass die mechanochemische Cokristallisation über einen nicht-kristallinen – wahrscheinlich amorphen – Übergangszustand abläuft und ähnlich der Kristallisation aus Lösung ist. Mechanochemistry is a widely used alternative for conventional synthesis methods. In this work, different approaches were considered to evaluate the mechanochemical formation pathways. Based on model systems (cocrystals) the synthesis pathways were elucidated using in situ monitoring techniques and thermodynamic and kinetic aspects were investigated. The activation energy of a mechanochemical reaction was quantitavely estimated. The results lead to the assumption that the mechanochemical cocrystallisation proceeds via a non-crystalline phase and that it is similar to the crystallisation from solution.

Das Ziel der Promotionsarbeit ist es optisch transparente, nanoskalige Strontiumfluorid- und Ytterbiumfluorid-Sole hoher Konzentration für mögliche Anwendung in der Dentalmedizin zu synthetisieren. Über die fluorolytische Sol-Gel-Synthese ist es gelungen nanoskalige MFn-Sole (M=Sr, Yb) erfolgreich herzustellen. Die Umsetzung der Metallpräkursoren mit alkoholischer HF-Lösung im organischen Lösungsmittel führt zu transparenten, niedrig viskosen Solen. Mittels DLS, XRD und TEM wurden die Sole hinsichtlich ihrer Partikelgröße und ihres Alterungsverhaltens untersucht. Mittels WAXS-Messungen wurde das Alterungsverhalten der SrF2-Sole analysiert. Mit Hilfe der XRD und 19F-MAS-NMR-Spektroskopie wurde eine fluorhaltige, kristalline Spezies als Intermediat in der fluorolytischen Sol-Gel-Synthese des SrF2 nachgewiesen. DLS-Untersuchungen an Ytterbium-Solen zeigen eine Bildung von Partikeln im unteren Nanometerbereich sowie eine konzentrationsabhängige Partikelgrößenverteilung der Solpartikel. Die erhaltenen Xerogele sind röntgenamorph. Zudem konnten neue Yb(III)-Komplexe isoliert und strukturanalytisch charakterisiert werden. Die vorliegende Arbeit zeigt eine Möglichkeit, wie Kompositmaterialien auf Basis von nano-MFn (M=Sr, Yb) hergestellt werden können. Ausgehend von transparenten Solen konnten transparente Komposite mit einem großen Anteil an anorganischen Komponenten synthetisiert werden. Des Weiteren wurde die fluorolytische Sol-Gel-Synthese auf die Synthese von Nanopartikeln im System SrF2-YbF3 übertragen. Die Untersuchungen mittels DLS und TEM zeigen die Bildung von monodispersen Partikeln mit Partikelgrößen im unteren Nanometerbereich. Die nichtstöchiometrischen Phasen Sr1-xYbxF2+x sind durch einen weiten Homogenitätsbereich (bis ca. 50 mol-% Yb) charakterisiert und zeigen Anwendungspotential auf den Gebieten der Medizin, Zahnmedizin und Optik. The focus of this thesis is the synthesis and characterization of nanoscopic metal fluorides for dental applications. Nanoscopic metal fluorides MFn (M = Sr, Yb) have been successfully synthesized via the fluorolytic sol-gel synthesis. The reaction of the metal precursors with alcoholic HF solution in organic solvents yields in transparent sols of high concentrations and low viscosity. DLS, TEM and XRD confirmed the formation of sol particles in the lower nm range and were used to characterize the particles as well as the aging behavior of the sols. Mechanistic insights were gained by following the reaction progress. A fluorine-containing crystalline species was detected by XRD and solid state 19F MAS NMR spectroscopy indicating the formation of an intermediate phase during the fluorolysis reaction. The investigation by DLS and TEM revealed the existence of ytterbium fluoride sol particles with diameter of approximately 5 nm. Additionally, DLS studies show a concentration dependency on particle size. XRD revealed total amorphousness of the product. In addition, new ytterbium(III) complexes were isolated and structurally characterized by X-ray analysis. Furthermore, the fluorolytic sol-gel synthesis has been modified for the preparation of transparent nanocomposite bulk materials. Large amounts of nanoscopic metal fluorides MFn (M=Sr, Yb) can be embedded in the organic polymer matrix commonly used in dentistry without facing loss of visual optical transparency. A new approach to prepare nanoparticles in SrF2-YbF3 systems via the fluorolytic sol-gel synthesis is presented. The investigations by DLS and TEM revealed the presence of monodisperse solid particles with sizes in the lower nm range. The Sr1-xYbxF2+x nonstoichiometric fluorite phases are characterized by a wide range of homogeneity (up to approx. 50 mol % Yb) and show promise of a wide range of applicability in the areas of medicine, dentistry and optics.

Hauptaufgabe dieser Promotionsarbeit war es, eine neue Sol-Gel basierte Syntheseroute zur Darstellung edelmetallbeladener (Pd, Pt, Ag und Au) Aluminiumhydroxidfluoride zu entwickeln. Derartige Katalysatoren besitzen sowohl Lewis- als auch Brønsted-saure, sowie hydrogenierungsaktive Zentren. Solche multifunktionellen Katalysatoren können für mehrstufige Umsetzungen von Substraten in Eintopfverfahren eingesetzt werden. Das Potential der dargestellten Katalysatoren wurde in der zweistufigen Umsetzung von Citronellal zu Mentholen und der dreistufigen Reaktion von Citral zu Mentholen gezeigt. The main aim of this thesis was to develop a new sol gel based synthesis route to noble metal loaded (Pd, Pt, Ag and Au) aluminium hydroxide fluorides. These catalysts provide Lewis as well as Brønsted acidity and hydrogenation ability. Those multifunctional catalysts can be used for multi step conversions of substrates performed in a one pot process. The potential of the synthesized catalysts was shown in the two step conversion of citronellal to menthols and in the three step conversion of citral to menthols.

Durch die Verwendung der fluorolytischen Sol-Gel Synthese ist es möglich, röntgenamorphe bzw. partiell nanokristalline Metallhydroxidfluoride und Metallfluoride zu erhalten. Diese Verbindungen unterscheiden sich in ihren Eigenschaften stark von „klassisch“ hergestellten, kristallinen Metall(hydroxid)fluoriden. In der vorliegenden Promotionsarbeit wurden deshalb in vier aufeinander folgenden Kapiteln sowohl die Synthese und Charakterisierung von Aluminium– und Magnesium(hydroxid)fluoriden beschrieben als auch die Auswirkung dieser Verbindungen auf das Phasentransformationsverhalten von böhmitischen Xerogelen zu Korund sowie ihre Wirksamkeit als Sinterhilfsmittel bei der Korundkeramikherstellung untersucht. The application of the fluorolytic sol-gel method with aqueous hydrofluoric acid enables the synthesis of X-ray amorphous or rather partially nanocrystalline metal hydroxide fluorides and metal fluorides. These compounds strongly differ in their characteristics from “classically” manufactured, crystalline metal hydroxide fluorides. In the present dissertation both, the synthesis and characterisation of aluminium and magnesium hydroxide fluorides were described and the effect of these compounds on the phase transformation behaviour from pseudoboehmites to corundum was examined as well as their effectiveness as sintering aid during the corundum ceramics production.