Rekord: Neuentdeckte Aluminiumverbindung fluoresziert stärker als jedes andere Material

Quasi durch einen Zufall gelang es ChemikerInnen, eine Aluminiumverbindung zu synthetisieren, die stärker fluoresziert als jede andere solcher Verbindungen. Es handelt sich dabei um eine Komplexmolekül aus vier organischen Ringmolekülen und zwei Aluminium-Ionen. In Lösung hat die Verbindung eine Quantenausbeute von nahezu eins, was bedeutet, das für jedes eintreffende Lichtteilchen ein Fluoreszenz-Photon abgestrahlt wird.

Neue Aluminiumverbindung

Von Fluoreszenz spricht man, wenn Atome durch Strahlung in einen angeregten, energiereichen Zustand versetzt werden und dann beim Rückfall in ihren Grundzustand die überschüssige Energie als Photonen abgeben. Dauer und Intensität des Effekts sind dabei abhängig von den Energiezuständen der Atome sowie der chemisch-physikalischen Struktur der Moleküle. Gut bewegliche Fluoreszenz-Farbstoffe leuchten etwa in der Regel besser als kristalline.

Gefragt sind vor allem Fluroeszenz-Farbstoffe, die aus Kernbestandteilen bestehen, die in großen Mengen in der Natur vorkommen. Ein solcher Bestandteil ist Aluminium, das meist mit organischen Verbindungen zu Komplexmolekülen verknüpft wird, um Fluoreszenz zu erreichen. Die Quantenausbeute der so synthetisierten Fluoreszenz-Farbstoffe ist in der Regel jedoch nicht besonders hoch.

„Der bisherige Rekord für Aluminiumverbindungen liegt bei rund 70 Prozent. Das heißt, dass bei dieser Quantenausbeute bei zehn eingestrahlten Lichtteilchen von der Substanz sieben neue ausgesendet werden„, so Robert Kretschmer von der Universität Jena, der an der Synthese der neuen Verbindung beteiligt war. Das Team rund im Kretschmer sowie Erstautor Flavio Portwich hat eine Aluminiumverbindung entdeckt, die die Werte bisheriger Verbindungen deutlich übertrifft.

Ausgesprochen hohe Quantenausbeute

„Diese Entdeckung war ein reiner Glücksfund. Eigentlich wollten wir mit der Substanz Katalyse betreiben. Aber meinem Team fiel sehr schnell auf, dass die Verbindung äußerst stark fluoresziert„, beschreibt Kretschmer die Umstände der Entdeckung. Die von den ChemikerInnen synthetisierte Verbindung besteht aus einem organischen Molekül mit vier Ringen, an die an zwei Stellen Aluminium-Ionen komplex gebunden sind. Ausgangspunkt für die Synthese waren eine organische Ringverbindung und Aluminium-Trimethyl. Nach Angaben der ForscherInnen ist die Herstellung der Substanz relativ einfach und problemlos skalierbar.

Als ihnen die unerwartet hohe Fluoreszenz auffiel, begannen die ForscherInnen, das Molekül eingehend unter einem Spektroskop zu untersuchen. Dabei stellte sich heraus, dass das Material in kristalliner und pulvriger Form grün leuchtete. In einer Lösung mit dem organischen Lösungsmittel Toluol entsteht hingegen ein intensiv blaues Leuchten mit einer einer scharfen Strahlungsspitze bei 471 Nanometer Wellenlänge.

In weiterer Forschung sollen Löslichkeit und Stabilität verbessert werden

Die Quantenausbeute der neuen Verbindung liegt bei eins, was bedeutet, dass die Substanz für jedes einstrahlende Lichtteilchen ein Photon wieder abgibt. Solch ein herausragender Wert sei bisher bei keiner Aluminiumverbindung gemessen worden, so die ForscherInnen. Liegt das Material als trockenes Pulver vor, liegt die Quantenausbeute bei 0,5. In kristalliner Form sind es 0,6.

Die ForscherInnen nutzten die neue Verbindung dann zur Herstellung eines fluoreszierenden Gewebes, für das die gelöste Substanz mit elastischen Polymerfasern verknüpft wird, was in einem intensiv gelbgrün leuchtenden Fleece-Material resultiert. Dessen Quantenausbeute liegt immerhin noch bei 0,9.

In einem nächsten Schritt wollen die WissenschaftlerInnen die Verbindung ausführlicher erforschen, um die hohe Fluoreszenz besser verstehen zu können. Außerdem will das Team die Verbindung stabiler machen, um etwa eine Lösung mit Wasser zu ermöglichen, was für biologische Anwendungen wichtig ist.

via Friedrich-Schiller-Universität Jena