dc.contributor.author
Krawez, Nela
dc.date.accessioned
2018-06-07T22:05:36Z
dc.date.available
1999-01-06T00:00:00.649Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/8857
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-13056
dc.description
Titelblatt und Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 2 Literaturüberblick 2.1
Entdeckung der Fullerene 2.2. Ausgewählte physikalisch-chemische
Eigenschaften der Fullerene 2.3 Dotierte Fullerene 2.4 Fulleren Chemie
2.5 Endohedrale Fullerene 2.6 Theorie endohedraler Fullerene 3 Herstellung
endohedraler Fullerenschichten 3.1 Experimenteller Aufbau 3.2
Charakterisierung der hergestellten Schichten mittels Laserdesorptions-
Massenspektroskopie (LDMS) 3.3 Mengenbetrachtungen 4 Die spektroskopische
Charakterisierung endohedraler Fullerenschichten 4.1 Theoretische
Betrachtungen zur Struktur endohedraler Alkali-Fullerene 4.2
Schwingungsspektroskopie 4.3 Thermische Desorptionsspektroskopie 4.4
Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) 4.5 SHG (Second Harmonic Generation)
Untersuchungen 5 Löslichkeit und Trennung 5.1 Auflösen der Alkali-
interkalierten C60-Schichten 5.2 Löslichkeit von Li@C60 5.3 Analyse
und Trennung endohedraler Fullerene durch Hochleistungsflüssigchromatographie
5.4 Anreicherung der Li@C60(B) ohne HPLC 5.5 Anreicherung und Trennung von
Li@C70 6 Charakterisierung der getrennten endohedralen Fraktionen 6.1 UV-
VIS-NIR Spektroskopie 6.2 IR-Untersuchungen 6.3 Untersuchungen
endohedraler Fraktionen mittels LDMS 6.4 Thermische Stabilität
endohedraler Fraktionen 6.5 Vergleich der endohedrale Fraktion A mit dem
C60-Dimer 6.6 TDS-Untersuchung der Li@C60(B) 6.7 ESR-Untersuchungen
6.8 Einfluß des Fullerenofens 7 Sublimation endohedraler Fullerene 7.1
Sublimation des Li@C60 7.2 UV-Vis-NIR-Messungen an sublimierten
endohedralen Fraktionen 7.3 IR-Spektren sublimierter endohedraler
Fraktionen 7.4 Photoelektron-Spektroskopie Zusammenfassung und Ausblick
Literaturverzeichnis Anhang A Anhang B
dc.description.abstract
Für die Herstellung makroskopischer Mengen von endohedralen Alkali-Fullerenen
wurden Monolagen von Fullerenen mit niederenergetischen Alkalimetall-Ionen
bestrahlt, so daß die Ionen in die Fullerenmoleküle eindringen können, ohne
sie dabei zu zerstören. Bei dieser effizienten Methode ist die Zahl der
möglichen Produkte durch die Sorte der Fullerenmoleküle und der Ionen
definiert. Lichtbogen- und Laserverdampfungs- verfahren sind erheblich
ineffizienter und ungeeignet zur Herstellung endohedraler Alkalifullerene.
Die Untersuchungen der Schichten mit Laserdesorption Massenspektrometrie (LD-
TOF MS) und optischer Spektroskopie lieferten den Nachweis des endohedralen
Charakters der hergestellten Substanzen. Das Verfahren zeigte insbesondere für
Lithium eine hohe Ausbeute. Es konnte bis zu 40 % des C60 in Li@C60
umgewandelt werden. Der Einfang mehrerer Li-Ionen in einem C60 wurde
nachgewiesen. Endohedrales Li@C70 und endohedrale Fullerenderivaten (C60H36)
wurden hergestellt.
Das endohedrale Li@C60/70 Material konnte mit CS2 extrahiert werden. Die
Separation erfolgte mit HPLC (High Performance Liquid Chromatography). Eine
Anreicherung des Materials ohne HPLC konnte aufgrund der
Löslichkeitsunterschiede zwischen endohedralen und leeren Fullerenen in
verschiedenen Lösungsmitteln durchgeführt werden. Die Präparation von
Probenmengen im mg-Bereich wurden demonstriert. Nach Entfernung der
Interkalierung ist Li@C60/70 auch in anderen Lösungsmitteln wie Toluol,
1,2-Dichlorobenzol, 1,2,4-Trichlorbenzol, Pyridin etc. löslich, allerdings
deutlich schlechter als reines C60/70.
Zwei endohedrale Verbindungen wurden von den Li-bestrahlten C60-Schichten
separiert. Die Untersuchungen der endohedralen Fraktionen mit UV-Vis-NIR und
Schwingungsspektroskopie zeigten, daß durch die Innendotierung die
elektronische Struktur von Fullerenen, wie erwartet, merklich beeinflußt wird.
Weitere Untersuchungen zeigten, daß es sich bei der ersten endohedralen
Fraktion wahrscheinlich um Dimere (Li@C60)2 handelt.
Die Stabilitäts-Untersuchungen ergaben, daß beide endohedrale Fraktionen in
Lösungen an Luft und Licht bei Temperaturen über 100°C nach einigen Stunden
zerfallen. Im Vakuum dagegen bleiben sie noch bei 200°C stabil. Einer der
Reaktionskanäle bei erhöhter Temperatur (200-400°C) ist die Polymerisation der
Li@C60.
Die relativ hohe Stabilität des gereinigten Materials im Vakuum wurde durch
Sublimation nachgewiesen. Somit können homogene Schichten von endohedralen
Fullerenen hergestellt werden. Sublimierte Schichten von Li@C60 zeigten
Hinweise auf einen Ladungstransfer von Li zu C60: der elektronische Übergang
LUMO-LUMO+1 wurde nachgewiesen, die ladungsempfindliche Mode F1u verschob sich
im IR. Die kleine Bandlücke spricht für eine starke Modifikation der
Leitfähigkeits- und Halbleitereigenschaften.
Aufgrund der Herstellbarkeit dieser neuen Materialklasse in makroskopischen
Mengen können jetzt zahlreiche Experimente realisiert werden, um die
spezifischen Eigenschaften des neuen Materials in der Gasphase, in Lösung oder
in dünne Schichten zu untersuchen.
de
dc.description.abstract
Endohedral Alkali-Fullerenes are produced by exposing fullerene monolayers
which were formed by vapour deposition to a low energy ion beam during the
deposition process. This method, compared to laser vaporisation or the arc
discharge, has the advantage of limiting the products to very few endohedral
species which are determined by the deposited fullerenes and the ions used for
bombardment.
The films produced by this method were characterised by optical spectroscopy
and laser desorption time-of-flight mass spectrometry (LD-TOF MS), giving
convincing evidence for the formation of endohedral compounds. The conversion
up to 40% of C60 into Li@C60 can be achieved under standard conditions with a
Li-ion energy of 30 eV. The incorporation of two lithium ions in C60 was also
found but with a significantly lower yield. The method was also applied for
filling C70 and for fullerene derivatives (C60H36)
The Li/C60/70-films can be dissolved in CS2 and the endohedral material can be
purified by HPLC or simply by making use of the different solubility compared
to that of empty fullerenes in various solvents. The production of purified
endohedral Li-fullerenes in mg amounts was demonstrated.
Once the endohedral material has been extracted from the films with CS2 it can
then be dissolved in a range of different solvents such as toluene,
1,2-dichlorobenzene, 1,2,4-trichlorobenzene, pyridine etc, but the solubility
is much lower than for C60.
There are two endohedral compounds produced from Li-irradiated C60. The
electronic structure of the endohedral fraction was studied by UV-Vis-NIR and
vibration absorption spectroscopy showing many new features, which were
different from empty C60, specific for each fraction. The evidence that we
have accumulated points strongly towards one of these fractions being a dimer
(Li@C60)2. The thermal stability of the purified endohedral fraction has been
studied. The endohedral species in solution and exposed to light and air decay
at elevated temperatures on a time-scale of a few hours. The dry, purified
material in vacuum has a higher thermal stability and can be sublimed in
vacuum in order to produce thin films of pure endohedral fullerenes. The UV-
vis-NIR spectra of sublimed films show a characteristic feature at 1.1 eV,
indicating electron transfer from lithium to C60.
Although a full structural characterisation of Li@C60/70 is still missing, the
results reported in this thesis show that we have produced an exciting new
nanomaterial which can be studied in the gas phase, in solution or as a thin
film. This opens up a wide range of possible experiments to study the
properties of this new material.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
alkali-fullerene
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie::540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
dc.title
Herstellung und Charakterizierung endohedraler Li-Fullerene
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Ingolf V. Hertel
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Dietmar Stehlik
dc.date.accepted
1998-10-28
dc.date.embargoEnd
1999-01-06
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-1998000212
dc.title.translated
Production and Characterization of Endohedral Li-Fullerenes
en
refubium.affiliation
Physik
de
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FUDISS_thesis_000000000092
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http://www.diss.fu-berlin.de/1998/21/
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