Hydrierung als Werkzeug zur Modifizierung von Strukturen und Eigenschaften bestimmter Klassen von intermetallischen und anorganischen metallreichen Verbindungen

• Antragsteller: Professor Dr. Holger Kohlmann
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448675425

Das wesentliche Projektziel ist die Weiterentwicklung von Hydrierungsreaktionen als Werkzeug zur Beeinflussung von Strukturen und Eigenschaften intermetallischer und anorganischer metallreicher Verbindungen. Hierbei werden grundlegende Prinzipien des Wasserstoffeinbaus, Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für Metallhydride und chemische Wege zur deren Manipulation untersucht. Wir werden, basierend auf bestimmten Klassen von intermetallischen Verbindungen, neue Metallhydride synthetisieren, ihre Kristallstrukturen bestimmen, Struktur-Eigenschafts-Beziehungen aufdecken und die chemische Bindung in den Komplex- und intermetallischen Hydriden sowie die elektronische Situation der Wasserstoffatome analysieren. Hieraus und mithilfe berechneter thermodynamischer Größen werden wir einen Ansatz zur Vorhersage der Reaktivität von Wasserstoff gegenüber intemetallischen Verbindungen entwickeln, der Faktoren, die eine Hydrierung begünstigen, und die Beziehung zwischen Struktur und chemischer Bindung berücksichtigt. Aus diesen Erkenntnissen werden Leitlinien zur möglichen Anwendung in den Bereichen Wasserstoffspeicherung, Versprödung und Katalyse entwickelt. Wir interessieren uns insbesondere für Bindungssysteme mit d- und f-Metallen, weil diese vielfältige Möglichkeiten zur Variation von Zusammensetzung und chemischer Bindung bieten und im Allgemeinen noch unzureichend verstanden sind. Wir werden den Einfluss des Wasserstoffeinbaus auf die Struktur und die Eigenschaften in Verbindungsklassen mit bestimmten Strukturtypen und Zusammensetzungen studieren, z. B. MNi3, MPd3, MPt3 und MLn3 (M = Hauptgruppenmetall, Ln = Lanthanoid), MNi2 und MPd2 (M = s-, p-, d-, oder f-Block-Metall), sowie einige Verbindungen aus der Klasse MTX (“111”) und des ZrSiCuAs- (“1111”)-Typs (M = Erdalkaliemetall oder Lanthanoid; T = Übergangsmetall oder Mg; X = Si, Ge, Sn). Die Charakterisierung wird über Röntgeneinkristallbeugung, Röntgen- und Neutronen-Pulverbeugung (inkl. in situ-Messungen), Elektronenmikroskopie, EDX, thermische Analyse und magnetische Messungen erfolgen. Elektronische Strukturen werden auf der Basis von DFT-Rechnungen, die chemische Bindungssituation mithilfe von Direktraum- und Reziprokraummethoden analysiert. Das gemeinsame Projekt nutzt die Komplementarität der Gruppen an der Lomosov-Universität Moskau und der Universität Leipzig in Bezug auf Ausrüstung und Expertise und bietet die Gelegenheit zum regelmäßigen Austausch von Forscher(inne)n und Kompetenzen zwischen den Gruppen. Von diesem Projekt erwarten wir ein vertieftes, systemisches Verständnis der Hydrierung von intermetallischen Verbindungen, der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in komplexen anorganischen Hydriden, Möglichkeiten zur chemischen Modifizierung, sowie Anregungen für potenzielle Anwendungen der untersuchten Verbindungen in Funktionsmaterialien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alexey Kuznetsov, bis 3/2022