Verständnis der Stabilität, Kristallographie und Kristallchemie von Carbonaten, die tetraedrisch koordinierte sp3-hybridiserte Kohlenstoffatome enthalten

• Antragsteller: Dr. Lkhamsuren Bayarjargal; Professor Dr. Björn Winkler
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466478526

Der Erstantrag hatte zum Ziel, die Frage zu beantworten ob sp3-Carbonate, d.h. Carbonate bei denen der Kohlenstoff tetraedrisch durch vier Sauerstoffatome koordiniert ist, chemisch und strukturell genauso vielfältig sind wie herkömmliche Carbonate. Wir haben erhebliche Fortschritte bei der Beantwortung dieser Frage gemacht, aber der größte Fortschritt war die unerwartete Synthese der ersten anorganischen Pyrocarbonate, d. h. von anorganischen Carbonaten, die [C2O5]-Gruppen enthalten. Dies eröffnete ein neues Forschungsfeld und wir haben sehr erfolgreich zahlreiche Pyrocarbonate synthetisiert. Wir haben auch neue konventionelle Carbonate, wie das Al-Carbonat Al2[CO3]3, synthetisiert und charakterisiert. Al2[CO3]3 ist das erste chemisch einfache wasserfreies Carbonat mit einem dreiwertigen Metallkation, das metastabil bei Umgebungsbedingungen erhalten werden kann. Das übergeordnete Ziel des Fortsetzungsprojekts besteht darin, ein tieferes kristallchemisches und kristallographisches Verständnis der Stabilität und der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von wasserfreien und wasserhaltigen sp3- und Pyrocarbonaten zu erlangen und neue konventionelle wasserfreie Carbonate mit dreiwertigen Metallkationen zu synthetisieren. Wir werden die neuen Phasen durch Reaktionen erhalten, nicht durch polymorphe Übergänge, die normalerweise viel höhere Drücke und Temperaturen erfordern. Das Projekt stützt sich auf methodische Verbesserungen und auf Verbesserungen der Software für Einkristallbeugungsdaten, die an μm-großen Proben in DACs gewonnen wurden. Wir planen, die ersten wasserfreien REE-Karbonate, die nur dreiwertige Metallkationen enthalten (REE = La3+, Nd3+, Er3+, Lu3+), zu synthetisieren, unsere vorläufigen Ergebnisse zu Fe3+- und Cr3+-Carbonaten zu vervollständigen und die Synthese von Sc3+-Carbonat zu versuchen. Wir wollen unsere Untersuchungen an wasserfreien Alkali-Pyrocarbonaten, bei denen wir bereits Li2[C2O5] und Na2[C2O5] erhalten haben, auf Kalium-, Rubidium- und Cäsiumcarbonate ausweiten. Darüber hinaus haben wir das erste wasserhaltige Pyrocarbonat, Li[HC2O5], synthetisiert und charakterisiert, so dass wir eine systematische Untersuchung der Bildung von wasserhaltigen Pyrocarbonaten planen. Wir haben auch die Struktur des ersten wasserhaltigen sp3-Carbonats (Ba[H4C4O10][H3C4O10][H2CO3][HCO3]) gelöst. Daher wollen wir weitere OH-haltige sp3-Hochdruckkarbonate synthetisieren. Schließlich schlagen wir vor, die Arbeiten zu den Systemen abzuschließen, für die wir bereits vorläufige Daten erhalten haben. Wir haben starke Hinweise auf neuartige Mg-, Cr3+-, Be-, Ti- und K-Carbonate, aber zur Fertigstellung dieser Arbeiten benötigen wir entweder einige weitere Messungen oder mehr Zeit für die Datenanalyse. Die Ergebnisse aus der ersten Förderperiode und der hier beantragten Verlängerung werden es uns erlauben, ein umfassendes kristallographisches und kristallchemisches Verständnis von Carbonaten zu erzielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen