Seltenerd - freie Leuchtstoffe

Energieschonung, -wiederverwertung, und nachhaltige Rohstoffwirtschaft sind prägende Themen des 21. Jahrhunderts. Für eine energieschonende Weißlichtbeleuchtung und Displaytechnologie haben sich hierzu inzwischen mitunter anorganische keramische Leuchtstoffe durchgesetzt, die mit einer blau-emittierenden Halbleiter-basierten LED angeregt werden und aufgrund der im Leuchtstoff enthaltenen Lanthanoid-Ionen Ce³⁺ oder Eu²⁺ entweder gelb oder grün und rot leuchten. Zusammen mit dem blauen Licht der Halbleiter-LED ergibt sich so weißes Licht. Die Lumineszenz der Lanthanoid-Ionen Ce³⁺ und Eu²⁺ lässt sich auf Basis eines interkonfiguralen 4f^n-15d¹ → 4fⁿ-Übergangs über das umliegende Ligandenfeld über den gesamten sichtbaren Spektralbereich hinweg einstellen. Durch geeignete Wahl der Struktur der Wirtsverbindung lässt sich zudem die Effizienz und Breite der Emissionsbande passend einstellen. 
Im Zuge der zunehmenden Abhängigkeit des Exports von Seltenen Erden von einzelnen Ländern stellt sich die Frage, ob nicht auch nachhaltigere Alternativen existieren. Eine vielversprechende Alternative bietet hier das wesentlich verfügbarere 3d⁵-Ion Mn²⁺. Je nach Wahl der Koordinationsgeometrie und auch Ionizität bzw. Kovalenz der chemischen Mn–Ligand-Bindung lässt sich die Farbe der Lumineszenz dieses Übergangsmetall-Ions zwischen grün und rot durchstimmen. Aufgrund der geringeren Ausdehnung der 3d-Orbitale im Vergleich zu den bei den Lanthanoiden relevanten 5d-Orbitalen sollten, bei richtiger Wahl der umliegenden Wirtsverbindung, die entsprechenden Emissionsbanden noch schmaler als bei Eu²⁺ ausfallen, was eine große Farbechtheit verspricht. Gleichzeitig sollten sie durch hohe interne Quantenausbeuten charakterisiert sein.