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Prof. Dr. Moritz Schmidt

Leiter Chemie der f-Elemente
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Abteilung Chemie der f-Elemente

Foto: Übersicht FWOF ©Copyright: PD Dr. habil. Moritz Schmidt

Wir untersuchen die Chemie der Actiniden und ihrer Lanthanidhomologen im Festkörper und in Lösung. Hierzu setzen wir moderne analytische Methoden sowie quantenchemische Berechnungen ein, um strukturelle Informationen auf atomarer Ebene zu erhalten. Daraus wiederum lassen sich Rückschlüsse auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Actiniden in Molekülen ziehen.

Das Hauptaugenmerk der Abteilung liegt dabei auf der Koordinationschemie der f-Elemente mit organischen und anorganischen Liganden. Insbesondere solchen mit biologischen oder biologisch-inspirierten Bindungsmotiven. Für diese Untersuchungen nutzen wir Pulver- sowie Einkristall-Röntgenbeugung zur Strukturaufklärung im Festkörper, und spektroskopische Methoden, wie NMR, XANES, oder TRLFS zur Strukturanalyse in Lösung. Die experimentellen Untersuchungen werden stets von quantentheoretischen Berechnungen begleitet, die wesentlich von der Weiterentwicklung der Berechnungscodes für die Anwendungen für 5f-Elemente abhängen.

Das so generierte fundamentale Verständnis der Actinidenchemie wird in unserer Abteilung zudem für Untersuchungen der Actinidenreaktivität an der Wasser/Mineral-Grenzfläche angewendet. In diesem Feld kommen die Rasterkraftmikroskopie, TRLFS, sowie die Oberflächen-Röntgenbeugung als analytische Methoden zum Einsatz.

Eine ausführliche Liste unserer experimentellen Ausstattung finden Sie hier.

Moritz Schmidt ist zudem Professor für Koordinationschemie mit Schwerpunkt Radionuklide am Institut für Materialchemie der BTU Cottbus Senftenberg. Die Abteilung Chemie der f-Elemente ist stets offen für Bachelor- und Masterstudenten sowie Praktika. Kontaktiert uns!

Projekte

Laufende Projekte

Biologisch-inspirierte Polyhydroxamat-Liganden zur in vivo Dekorporation von Actiniden
(ActiDecorp, ANR/DFG, 04/2024-03/2027)
Actinid-Metall Bindung auf atomarem Level
(Am-BALL, BMUV, 05/2023-04/2026)
Untersuchungen zu den Wechselwirkungen von f-Elementen mit biologisch relevanten Strukturmotiven: Ableitung grundlegender Struktur-Wirkprinzipien für eine Mobilisierung in der
Umwelt
(FENABIUM-II, BMBF, 04/2023-03/2026)
Konkurrenz und Reversibilität bei Sorptionsvorgängen
(KuRSiV, BMUV, 01/2023-06/2026)

Abgelaufene Projekte

Spektroskopische Charakterisierung von f-Element-Komplexen mit soft donor-Liganden
(f-Char, BMBF, 10/2020 - 03/2024)
Struktur-Wirkungsbeziehungen zwischen f-Elementen und organischen Ligandsystemen mit Naturstoff-basierten Bindungsfunktionen in Hinblick auf eine mögliche Mobilisierung in der Umwelt
(FENABIUM, BMBF, 10/2016 – 05/2021)
Smart-K_d in der Langzeitsicherheitsanalyse - Anwendungen
(SMILE, BMWi, 09/2018 – 02/2022)

Neuste Veröffentlichung

Synthesis of nonadentate ligand diethylene glycol-bis(3-aminopropyl ether)-N,N,N′,N′-tetraacetic acid DEGTA and its complexation behavior towards trivalent lanthanides and actinides

Friedrich, S.; Näder, A.; Drobot, B.; Kretzschmar, J.; Stumpf, T.; Barkleit, A.

Abstract

A new nonadentate ligand DEGTA (diethylene glycol-bis(3-aminopropyl ether)-N,N,N′,N′-tetraacetic acid) from the polyaminopolycarboxylate family was synthesized in a two-step reaction. The ligand’s pH-dependent behavior (structure and pKa values) was determined by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The complexation ability of the ligand towards trivalent lanthanides and actinides was studied by time-resolved laser-induced fluorescence spectroscopy (TRLFS) using Eu(III) and Cm(III) as representatives. For Eu(III), two species occurring at different pH values were observed and corroborated by concentration- and pD-dependent NMR-titration series, viz. [EuH2(DEGTA)]+ and [Eu(DEGTA)]−. The latter is shown to be nine-coordinate, forming isostructural complexes with Cm(III) and Sm(III) as inferred from TRLFS and 2D NMR experiments, respectively. Since the ligand DEGTA can be seen as a consecutive derivative of EDTA and EGTA with elongated backbone, the structures of their Eu(III) complexes were calculated using density functional theory (DFT) and the same aminoacetate binding motif proven by Fourier-Transform Infrared spectroscopy (FT-IR). Based on this, upon comparison of structure-property relationships – denticity and chain length vs. coordination geometry and complex stability – one can draw conclusions on DEGTA´s complexation behavior in particular and some generalizable trends in complexation properties within the complexone series are discussed.

Keywords: TRLFS; NMR; DFT; molecular structure; complex stability; f-element

Verknüpfte Publikationen

Data publication: Synthesis of nonadentate ligand diethylene …
ROBIS: 41095 HZDR-primary research data are used by this (Id 39961) publication

Inorganic Chemistry 64(2025)10, 5014-5028
DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c05049
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