Research project

Darstellung und Untersuchung von Atomen in chemischen Fallen

Mit N@C₆₀ (atomarer Stickstoff eingekapselt in C₆₀) konnte erstmals ein hochreaktives Atom stabil in eine molekulare Falle eingekapselt werden. Das Stickstoffatom befindet sich dabei im Zentrum des [60]Fullerens, ohne eine chemische Bindung mit den Kohlenstoffatomen einzugehen. Es behält seine atomare Grundzustandskonfiguration und ist unter Umgebungsbedingungen (z.B. an Luft bei Raumtemperatur) stabil. N@C₆₀ wird durch Ionenimplantation hergstellt und kann durch Filtrierung und Chromatographie von anderen Bestandteilen getrennt werden. Bisher konnten neben N@C₆₀ noch N@C₇₀ und P@C₆₀ nach der gleichen Methode hergestellt werden. Zunächst soll der Einfluß der Käfiggeometrie auf die elektronischen Zustände des eingeschlossenen Atoms untersucht werden. Weiterhin ist wegen der überraschend geringen Linienbreite der EPR Übergänge zu erwarten, daß elektrische und magnetische Felder in Festkörpern mit N@C₆₀ als Sonde untersucht werden können. Die Herstellung von wasserlöslichen Produkten für biologische Untersuchungen ist durch Derivatisierung der Fullerenhülle ebenfalls möglich. Im Hinblick auf weitere Anwendungen sollen die Eignung dieser Systeme für Präzisionsmessungen (Standards) und für Verwendung als Sonden und Tracer in chemischen und biologischen Prozessen untersucht werden.

Project manager:
Prof. Dr. Andreas Hirsch

Project participants:
Dr.Harald Mauser, Dr. Elke Dietel

Duration: 1.5.1999 - 30.4.2001

Sponsored by:
Deutsche Forschungsgemeinschaft

Publications

Pietzak, Björn ; Waiblinger, M. ; Murphy, T. A. ; Weidinger, A ; Höhne, M. ; Dietel, Elke ; Hirsch, Andreas: Buckminsterfullerene C₆₀: a chemical Faraday cage for atomic nitrogen. In: Chem. Phys. Lett. 279 (1997), pp 259

Mauser, Harald ; Hirsch, Andreas ; Hommes, Nico v. Eikemma ; Clark, Tim: Chemistry of Convex Versus Concave Carbon: The Reactive Exterior and the Inert Interior of C₆₀. In: J. Mol. Model. 3 (1997), pp 415

Mauser, Harald ; Hommes, Nico v. Eikemma ; Clark, Tim ; Hirsch, Andreas ; Pietzak, Björn ; Weidinger, Anton ; Dunsch, Lothar: Stabilization of Atomic Nitrogen Inside C₆₀. In: Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 36 (1997), pp 2835

Gruß, A. ; Knapp, C. ; Weiden, N. ; Dinse, K.-P. ; Dietel, Elke ; Hirsch, Andreas ; Pietzak, Björn ; Waiblinger, M. ; Weidinger, Anton: EPR Studies of N@C₆₀ and its Adducts. In: : Electronic Properties of Novel Materials, H. Kuzmany, J. Fink, M. Mehring, S. Roth (eds.) AIP Conference Proceedings 442, Woodbury, New York (1998), pp 396

Pietzak, Björn ; Waiblinger, M. ; Murphy, T. Almeida ; Weidinger, Anton ; Höhne, M. ; Dietel, Elke ; Hirsch, Andreas: Properties of Endohedral N@C₆₀. In: Carbon 36 (1998), pp 613

Mauser, Harald ; Clark, Tim ; Hirsch, Andreas: Stabilization of Atomic Elements Inside C₆₀. In: Electronic Properties of Novel Materials, H. Kuzmany, J. Fink, M. Mehring, S. Roth (eds.) AIP Conference Proceedings 442, Woodbury, New York (1998), pp 392

Dietel, Elke ; Hirsch, Andreas ; Pietzak, Björn ; Waiblinger, M. ; Lips, K. ; Weidinger, Anton ; Gruß, A. ; Dinse, K.-P.: Atomic Nitrogen Encapsulated in Fullerenes: Effects of Cage Variations. In: J. Am. Chem. Soc. 121 (1999), pp 2432

Pietzak, Björn ; Lips, K. ; Waiblinger, M. ; Weidinger, Anton ; Dietel, Elke ; Hirsch, Andreas: Fullerenes as Chemical Atom Traps for Nitrogen and Phosphorus. In: in: Vol. 10 of Fullerenes. Proceedings of the 197th Meeting of the Electrochemical Society, Toronto, Canada, 14-19th of May 2000. Fullerenes 2000, The Electrochemical Society, INC. Pennington, N. J., USA (2000), pp 353

Waiblinger, M. ; Lips, K. ; Harneit, W. ; Weidinger, Anton ; Dietel, Elke ; Hirsch, Andreas: Thermal Stability of the Endohedral Fullerenes N@C60, N@C60 and N@C60. In: Phys. Rev. B 63 (2001), pp 45421