Abteilung Chemie der f-Elemente
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.
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) - Spektroskopische Charakterisierung von f-Element-Komplexen mit soft donor-Liganden
(f-Char, BMBF, 10/2020 - 03/2024)
Abgelaufene Projekte
- 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-Kd in der Langzeitsicherheitsanalyse - Anwendungen
(SMILE, BMWi, 09/2018 – 02/2022)
Neuste Veröffentlichung
A Series of AnVIO22+ Complexes (An = U, Np, Pu) with N3O2‑Donating Schiff-Base Ligands: Systematic Trends in the Molecular Structures and Redox Behavior
Takeyama, T.; Tsushima, S.; Gericke, R.; Duckworth, T.; Kaden, P.; März, J.; Takao, K.
Abstract
In their +V and +VI oxidation states, actinide elements (U, Np, and Pu) are commonly encountered in characteristic linear dioxo structures, known as actinyl ions (AnO2n+; An = U, Np, Pu, n = 1, 2). A systematic understanding of the structural and redox behavior of AnVO2+/AnVIO22+ complexes is expected to provide valuable information for controlling the behavior of An elements in natural environments and in nuclear fuel cycles whilst enabling the development of spintronics and new reactivities that utilize the anisotropic spin of the 5f electrons. However, systematic trends in the behavior of AnVO2+/AnVIO22+ complexes remain poorly understood. The [AnV/VIO2(saldien)]−/0 complexes (saldien2− = N,N’-disalicylidenediethylenetriamine) studied here offer a promising avenue for advancing our understanding of this subject. The molecular structures of a series of [AnVIO2(saldien)] complexes were found to exhibit notable similarities through these An elements with minor, but still significant, contributions from the actinide contraction. The redox potentials of the [AnV/VIO2(saldien)]−/0 couples clearly increase from U to Np, followed by a subsequent decrease from Np to Pu (−1.667 V vs. Fc0/+ for [UV/VIO2(saldien)]−/0, −0.650 V for [NpV/VIO2(saldien)]−/0 and −0.698 V for [PuV/VIO2(saldien)]−/0). Such a difference can be explained in terms of the difference in character of the electronic configuration of the +VI oxidation state. A series of these redox trends was also successfully reproduced by DFT-based calculations. These findings provide valuable information for controlling the oxidation states of the An elements.
Keywords: Actinides; Complexes; Reduction; Ligands; Crystal structure
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Inorganic Chemistry 64(2025)3, 1313-1322
DOI: 10.1021/acs.inorgchem.4c04185
Permalink: https://www.hzdr.de/publications/Publ-40675
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