Neue Chemie mit gelöstem Silizium

Anwendungen in der Herstellung von Silizium-Materialien denkbar

12.10.2009 - Deutschland

Silizium ist das Basismaterial der modernen Halbleiterwelt. Mikrochips in Computern oder Solarzellen: Sie alle beruhen auf chemisch modifiziertem Silizium. Allerdings ist das Element, dessen kristalline Struktur der von Diamant entspricht, nur unter Einsatz größerer Ressourcen für die Weiterverarbeitung nutzbar zu machen. Silizium-Materialien müssen aufwendig über Schmelzen oder über chemische Reaktionen in der Gasphase hergestellt werden müssen. Im Vergleich zu Reaktionen in der Gasphase sind aber gerade chemische Reaktionen in Lösungen besser kontrollier- und steuerbar. Eine Chemie mit gelösten Silizium-Bausteinen wäre deshalb als materialchemische Methode wünschenswert. Solche Bausteine existieren als geladene Teilchen in speziellen Festkörperverbindungen des Siliziums, den Siliciden.

Einer Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Nikolaus Korber vom Institut für Anorganische Chemie der Universität Regensburg ist es nun gelungen, diese Silizium-Bausteine herauszulösen und gezielt in einer chemischen Lösungs-Reaktion einzusetzen. Die Forscher nutzten dafür flüssigen Ammoniak als Lösungsmittel. Ammoniak ist bei Raumtemperatur ein Gas, kann jedoch durch Abkühlen auf -33 °C leicht verflüssigt werden und ist dann gerade für empfindliche Teilchen sehr gut als Lösungsmittel geeignet. Jeweils neun Silizium-Atome enthaltende Cluster konnten unzersetzt aus dem Festkörper herausgelöst und in eine Verbindung mit dem Metall Nickel überführt werden.

Dieses Ergebnis beweist zum ersten Mal, dass Lösungs-Reaktionen mit reinen Silizium-Bausteinen möglich sind. Auf dieser Grundlage wollen die Regensburger Wissenschaftler weiterforschen. Es bleibt für die Zukunft zu klären, ob beispielsweise auch für industrielle Anwendungen konkurrenzfähige Herstellungswege zu Silizium-Materialien über chemische Reaktionen in Lösungen entwickelt werden können.

Originalveröffentlichung: Stefanie Joseph et al.; "Chemistry with Bare Silicon Clusters in Solution: A Transition-Metal Complex of a Polysilicide Anion"; Angewandte Chemie International Edition, published Online: 6 Oct 2009

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