Nitridische Hochdruckphasen, Oxidnitride, amorphe Netzwerke

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Kroll
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 18981239

• Erstellungsjahr: 2009

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In dem Forschungsprojekt untersuchten wir zunächst neue Hochdruckphasen bekannter Systeme. Quantenchemische Rechnungen verhalfen dabei zur Aufklärung und Charakterisierung einer neuen Kohlenstoffnitridphase, C2N2(NH). Durch Berechnungen der Gibbsenergie konnte die Phasengrenze zwischen β-Si3N4 und -Si3N4 bei hohem Drücken und hohen Temperaturen bestimmt werden. Ganz neue mögliche Hochdruckmodifikationen wurden für Siliciumdicarbodiimid, Si(NCN)2, und Siliciumcarbodiimidnitrid, Si2N2(NCN), vorhergesagt. Für Siliciumdicarbodiimid, Si(NCN)2, wurde zudem in den Simulationen eine negative thermische Ausdehnung im Temperaturbereich von 400 K bis 900 K gefunden. Die Struktur von Quarzglas, SiO2, wurde von uns durch zahlreiche Modelle simuliert. Mehrere davon wurden nachfolgend für quantenchemische Berechnungen der chemischen Verschiebung im 29Si-MNR Spektrum verwendet. Die abgeleitete empirische Relation zwischen Bindungswinkeln und chemischer Verschiebung ermöglicht, mittels experimenteller 29Si-MNR Spektren die Struktur von Quarzglas besser zu charakterisieren. Darüber hinaus wurden zahlreiche Modelle von SiCO Keramiken generiert und hinsichtlich ihrer Struktur und Energie charakterisiert. Die Simulationen ergaben keinerlei Hinweis für eine kovalente Einbettung freier“ Kohlenstoffsegregationen an die SiCO Glasmatrix. Die „Grenzschicht“ zwischen Glass und Segregation ist mit aller Wahrscheinlichkeit abrupt. Unser letzter Schwerpunkt behandelte nanokristalline Siliciumcluster, welche in einer Matrix von Quarzglas eingebettet wurden. Wir finden, daß die einbettende Matrix entscheidenden Einfluß auf Zustände im Bereich der optischen Lücke hat. Im Gegensatz zu freien und mit Wasserstoff terminierten Clustern prägen Orbitale der Grenzschicht zwischen Cluster und Matrix wesentlich die höchsten besetzten Zustände. Ähnlich drastische Unterschiede zwischen den Eigenschaften freier und eingebetteter Cluster wurden auch für Eisen und Kobalt festgestellt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• High-pressure chemistry of nitride-based materials. Chemical Society Reviews, Vol. 35. 2006,Issue 10, pp. 987-1014.
  E. Horvath-Bordon, R. Riedel, A. Zerr, P.F. McMillan, G. Auffermann, Y. Prots, W. Bronger, R. Kniep, P. Kroll
  
• Shell-like structure of valence band orbitals of silicon nanocrystals in silica glass. physica status solidi (b), Vol. 243. 2006, Issue 6, pp. R47–R49.
  Peter Kroll, Hendrik J. Schulte
  
• High-Pressure Synthesis of Crystalline Carbon Nitride Imide, C2N2(NH). Angewandte Chemie International Edition, Vol. 46. 2007, Issue 9, pp. 1476–1480.
  Elisabeta Horvath-Bordon, Ralf Riedel, Paul F. McMillan, Peter Kroll, et al.
  
• Negative or zero thermal expansion in silicon dicarbodiimide, Si(NCN)2. MRS Online Proceedings Library, Vol. 1040. 2007, 1040-Q01-05.
  Peter Kroll, Xuehua Yan, Ralf Riedel, Helmut Ehrenberg
  
• New ceramic phases in the ternary Si-C-N system. Guisuanyan Xuebao=Journal of the Chinese ceramic Society, Vol. 35. 2007, Issue 8, pp. 955-967.
  Ralf Riedel, Elisabeta Horvath-Bordon, Hans-Joachim Kleebe, Peter Kroll, Gerhard Miehe, Peter A. van Aken, Stefan Lauterbach
  
• New Metal Nitride Compounds: can they be synthesized at High-Pressures? Materials Research Society Proceedings, Vol. 1040. 2007, 1040-Q09-23.
  Peter Kroll
  
• First-principles lattice dynamics calculations of the phase boundary between β-Si3N4 and γ-Si3N4 at elevated temperatures and pressures. Journal of Computational Chemistry, Special Issue: Computational Solid State Chemistry, Vol. 29. 2008, Issue 13, pp. 2255–2259.
  Atsushi Togo, Peter Kroll
  
• High-pressure high-temperature synthesis of novel binary and ternary nitride phases of group 4 and 14 elements. Journal of Physics: Conference Series, Vol. 121. 2008, Part 6, 062003.
  Dmytro A. Dzivenko, Elisabeta Horvath-Bordon, Andreas Zerr, Gerhard Miehe, Peter Kroll, et al.
  
• HP-Ca2Si5N8 - A new High-Pressure Nitridosilicate: Synthesis, Structure, Luminescence and DFTCalculations. Chemistry - A European Journal, Vol. 14. 2008, Issue 26, pp. 7892–7902.
  S. Rebecca Römer, Cordula Braun, Oliver Oeckler, Peter J. Schmidt, Peter Kroll, Wolfgang Schnick
  
• Metastability of corundum-type In2O3. Chemistry - A European Journal, Vol. 14. 2008, Issue 11, pp. 3306–3310.
  Aleksander Gurlo, Peter Kroll, Ralf Riedel
  
• Modeling Amorphous Ceramic Structures. In: Ceramics Science and Technology, Vol. 1: Structures; Ed. R. Riedel und I-W. Chen. Wiley-VCH, 2008, pp. 39–69.
  Peter Kroll
  
• Novel binary and ternary phases in the Si-C-N system. Journal of the Ceramic Society of Japan, Vol. 116. 2008, No. 1354, pp. 674-680.
  Ralf Riedel, Elisabeta Horvath-Bordon, Peter Kroll, et al.
  
• Solid State Chemistry / Festkörperchemie 2007. Nachrichten aus der Chemie, Vol. 56. 2008, Issue 3, pp. 258–268.
  Hubert Huppertz, Peter Kroll, Rotraut Merkle
  
• Structural, electronic, and magnetic properties of 13-, 55-, and 147-atom clusters of Fe, Co, and Ni: A spin-polarized density functional study. Physical Review B, Vol. 78. 2008, 245404.
  Ranber Singh, Peter Kroll
  
• Corrugated layered heptazine-based carbon nitride: the lowest energy modifications of C3N4 ground state. Journal of Materials Chemistry, Vol. 2009, Issue 19, pp. 3013-3019.
  Jose Gracia and Peter Kroll
  
• First principles study of C3N4 carbon nitride nanotubes. Journal of Materials Chemistry, Vol. 2009,Issue 19, pp. 3020-3026.
  Jose Gracia, Peter Kroll
  
• First-Principles NMR Structural Analysis of Vitreous Silica. Journal of Physical Chemistry C, Vol. 113. 2009, Issue 18, pp. 7917–7929.
  Th. Charpentier, P. Kroll, F. Mauri
  
• Influence of SiO2 matrix on electronic and optical properties of Si nanocrystals of Si nanocrystals. Nanotechnology, Vol. 20. 2009, Number 13, 135702.
  Kaori Seino, Friedhelm Bechstedt, Peter Kroll