Erweiterung konventioneller Festkörpermethoden: Mikrowellen-Synthese von Übergangsmetallcarbiden

• Antragstellerin: Professorin Dr. Christina Birkel
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282251678

In dem vorgeschlagenen Projekt werden wir verschiedene binäre und komplexe Übergangsmetallcarbide mittels Mikrowellensynthese darstellen und untersuchen. Festkörpersynthesen in Mikrowellenofen fanden bereits vielfachen Einsatz in der Präparation einer großen Zahl anorganischer Verbindungen, die oftmals verbesserte Eigenschaften aufweisen. Ausgehend von unseren Erfahrungen mit Mikrowellenreaktionen in einer Haushaltsmikrowelle (z.B. intermetallische Halb-Heusler Verbindungen und oxidische Leuchtstoffe) werden wir unsere Expertise auf eine weitere Verbindungsklasse, die Übergangsmetallcarbide, ausweiten.Dabei stellt eine Labormikrowelle den zentralen Bestandteil dar, der für dieses Projekt genutzt werden soll. Obwohl schon in einer Haushaltsmikrowelle sehr vielversprechende Ergebnisse erzielt werden können, bedarf es einer Labormikrowelle, um alle Vorzüge des Mikrowellen-Erwärmens voll ausnutzen zu können. Sie bietet eine Reihe von Vorteilen im Gegensatz zu der Haushaltsmikrowelle, wobei sowohl die Ermittlung der Temperatur während der Reaktion als auch die höheren Sicherheitsstandards die wichtigsten Aspekte darstellen. Beide sind äußerst wichtige Voraussetzungen für das hier vorgeschlagene Projekt, da sie einerseits besser reproduzierbare Synthesen und andererseits sichere Arbeitsvorgänge im Labor ermöglichen.Aufgrund der hervorragenden Kopplung diverser Formen des Kohlenstoffs mit der Mikrowellenstrahlung, was zu sehr schnellen Heizraten führt, gehören Carbide zu den idealen Kandidaten, um die Mikrowellensynthese für ihre Herstellung zu nutzen. Anhand binärer Übergangsmetallcarbide, wie z.B. Fe3C und Co2C, werden die zwei verschiedenen Synthesemethoden, die direkte Synthese ausgehend von den Elementen und die Reduktion der entsprechenden Oxide mittels Graphit, untersucht und bewertet werden. Anschließend werden wir uns den sogenannten MAX Phasen widmen, die komplexere Carbide darstellen und die allgemeine Formel Mn+1AXn besitzen, in der M ein frühes Übergangsmetall, A ein A-Gruppen Element (meist der Gruppen 13 und 14) und X entweder Kohlenstoff oder Stickstoff ist. Eine große Anzahl möglicher Verbindungen dieses Typs sind bereits bekannt und sehr gut untersucht.Allerdings existieren kaum Arbeiten, die sich mit weiteren MAX Phasen, die spätere Übergangsmetalle, wie Mn, Fe und Co, enthalten, beschäftigen. Daher werden wir unseren Fokus auf mögliche feste Lösungen von bekannten MAX Phasen mit späteren Übergangsmetallen legen und interessieren uns besonders für ihre magnetischen Eigenschaften. Zusätzlich sind sogenannte MXene Verbindungen von Interesse, bei denen die A-Schicht entfernt wurde. Sie stellen keine Metalle sondern Halbleiter dar, so dass interessante thermoelektrische Eigenschaften erwartet werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen