Hochdruck-Synthese von neuen Übergangsmetallpolynitriden

• Antragsteller: Professor Dr. Maxim Bykov
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung in 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417849358

Die Hochdruckchemie von Stickstoff wurde in den letzten Jahren nach mehreren bahnbrechenden Entdeckungen ein heißes Thema: Die Synthese von Erdalkalimetall-Diazeniden, Übergangsmetall-Pernitriden und polymerem Stickstoff cg-N bei Hochdruck-Hochtemperaturbedingungen. Eine Anwendung von Druck eröffnet einen einfachen Syntheseweg zu neuen anorganischen Materialien mit kovalenten N-N Bindungen durch die einfache Reaktion M + 1/2 x N2 -> MNx, wobei M fast jedes Element des Periodensystems sein kann. Theoretische Berechnungen sagen mehr als einhundert Polynitride voraus, die wichtige chemische und physikalische Eigenschaften wie hohe Härte, geringe Kompressibilität, hohe Energiedichte usw. haben können, jedoch sind die experimentellen Informationen zu solchen neuartigen Materialien bisher eher begrenzt. Das Ziel dieses Projekts ist die systematische Untersuchung der Bildung von Übergangsmetallpolynitriden (mit den Schwerpunkten Re, Os, W, Cr, Ru, Ti, Zr, Hf) unter Hochdruck- / Hochtemperaturbedingungen und die Untersuchung ihrer Kristallchemie und -chemie physikalische Eigenschaften. Polynitride werden bei hohen Drücken und Temperaturen in lasergeheizten Diamantstempelzellen in einer direkten Reaktion zwischen Metall und Stickstoff synthetisiert. Mit dem gemeinsamen Begriff "Polynitride" oder "Polynitrogenverbindungen" sind Verbindungen gemeint, die polymere und oligomere Ketten, Ringstrukturen oder 3D-Netzwerke enthalten, die aus kovalent gebundenen Stickstoffatomen aufgebaut sind. Die resultierenden Materialien werden unter Verwendung einer breiten Palette fortschrittlicher komplementärer Techniken untersucht: Einkristall-Röntgenbeugung, Raman-Spektroskopie, FIB-unterstützte Analyse von wiedergewonnenen Materialien und theoretische ab initio Berechnungen. Das ultimative Ziel des Projekts ist es, Zusammenhänge zwischen Synthesebedingungen, chemischer Bindung, Struktur und Eigenschaften von Polynitriden verschiedener Metalle aufzuzeigen und kristallchemische Prinzipien für die Bildung und das Verhalten von Polynitriden unter extremen Bedingungen zu formulieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen