Amalgame unedler Metalle als Modellsysteme für polare intermetallische Phasen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Anforderungen unserer Zeit, insbesondere Energieerzeugung und -speicherung, erfordern neue, hocheffiziente Materialien. Die herkömmlichen Materialien zu optimieren, reicht nicht aus. Explorative Grundlagenforschung ist unverzichtbar für die zukünftigen Ansprüche. Ein Raumtemperatursupraleiter wäre natürlich eine schöne Sache. Auch die "up-conversion" von Abwärme in elektrische Energie wäre ein großer Schritt. Thermoelektrika sind Materialien, die Temperaturgefälle in elektrische Spannung umwandeln könnten, aber leider bislang nur mit schlechter Ausbeute. Die physikalischen Grundlagen der Thermoelektrika sind heute gut verstanden, die chemische Umsetzung in effiziente Materialien ist aber nicht so einfach: Damit ein Material einen konstanten Temperaturunterschied in elektrische Spannung umwandeln kann, muss es gleichzeitig ein guter elektrischer und ein schlechter thermischer Leiter sein. Da ein Metall aber auch ein guter Wärmeleiter ist (die Elektronen sind sowohl für den Strom- als auch für einen Großteil des Wärmetransports verantwortlich), ist das eine mit dem anderen nicht ohne Weiteres vereinbar. Unter den effizientesten thermoelektrischen Materialien fallen besonders polare intermetallische Phasen ins Auge. Das thermoelektrische Verhalten ist aber nur ein Beispiel dafür, dass polare intermetallische Phasen hochinteressant für moderne Anwendungen sein können. Andere Anwendungsfelder wären Mikroelektronik, Datenspeicherung oder Quantencomputer. Um gezielte Synthesen polarer intermetallischer Phasen mit genau den erwünschten Eigenschaften zu finden, muss man die noch unklaren chemischen und strukturellen Parameter präzise kennen, die einen direkten Einfluss auf die gut verstandenen physikalischen Parameter ausüben. Und genau hier setzt dieses Projekt an. Systematische chemische Modifikation bekannter Materialien sowie die gezielte Herstellung neuer polarer intermetallischer Phasen halfen, chemisch-strukturelle Parameter ausfindig zu machen, die die typischen Eigenschaften polarer intermetallischer Phasen, das sogenannte "bad-metal behavior", besonders stark beeinflussen. Es hatte sich bereits vorher gezeigt, dass sich Amalgame besonders zu derartigen Untersuchungen eignen. Quecksilber reagiert mit fast allen Metallen, daher gibt es viele unterschiedliche, aber miteinander vergleichbare und chemisch doch recht einfache Systeme. Insbesondere Amalgame der unedlen Metalle (Alkali-, Erdalkali- oder Seltenerd-Metalle) sind durchweg polare intermetallische Phasen, mit unterschiedlich stark ausgeprägtem "bad metal"-Verhalten. Wir konnten anhand vieler neuer Amalgame und des Vergleichs mit bekannten Amalgamen zeigen, dass der ionische Bindungsanteil eine besonders hohe Rolle spielt und gezielt variiert werden kann, aber auch strukturelle Parameter, wie einerseits die Komplexität der Kristallstruktur als auch der Einbau von Unordnung innerhalb einer Struktur. Diese Parameter können nun von den Amalgamen allgemein auf polare intermetallische Phasen übertragen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Amalgams of less noble metals: Polarity in intermetallic compounds, Anorganisch-Chemisches Seminar der Universität zu Köln (2019).
C. Hoch
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New Solvate Complexes [Be(Solv) 4]I2 of Beryllium Iodide with polar aprotic Solvents, 28. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kristallographie, Leipzig (2019).
T. Hohl, T. Sinn & C. Hoch
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Solvatkomplexe des Berylliums vom Typ [Be(Solv)4]I2, 15. Koordinationschemie-Treffen, LMU München (2019).
T. Hohl, T. Sinn & C. Hoch
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Zwischen den Stühlen: Festkörper zwischen Metallen und Salzen, GDCh-Kolloquium, Uni Halle-Wittenberg (2021).
C. Hoch
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Amalgams of electropositive metals - model systems for polar intermetallic phases, 21st Conference on Inorganic Chemistry, Marburg (2022).
C. Hoch
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Amalgams of electropositive metals - model systems for polar intermetallic phases, URCUP - Undergraduate Research Conference on Molecular Sciences, Kloster Irsee (2022).
C. Hoch
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From binary to ternary amalgams: expanding the structural variety of the Gd14Ag51 structure family, 30. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kristallographie, München - online (2022).
T. Hohl, L. F. J. S. Nusser, J. Wulfes & C. Hoch
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Structure and Bonding in CsNa2Hg18, a New Ternary Amalgam with Strong Coulombic Bonding Contributions. Crystals, 12(11), 1679.
Hohl, Timotheus; Tambornino, Frank & Hoch, Constantin
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The Hg-rich part of the binary system K-Hg revised: synthesis, crystal and electronic structures of KHg 4, KHg5 and KHg8, 33rd European Crystallographic Meeting, Versailles (2022).
T. Hohl, C. Hoch, M. Wendorff & C. Röhr
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Dim lit and overweight: - where X-ray diffraction becomes challenged, Stoe User Meeting, Darmstadt (2023).
C.Hoch,
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Influence of Disorder on the Bad Metal Behavior in Polar Amalgams. Inorganic Chemistry, 62(9), 3965-3975.
Hohl, Timotheus; Kremer, Reinhard K.; Ebbinghaus, Stefan G.; Khan, Saleem A.; Minár, Ján & Hoch, Constantin
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Röntgenstrukturanalyse von Amalgamen: Komplexität, Absorption und andere Widrigeiten, 31. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kristallographie, Frankfurt (2023).
C. Hoch
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Systematische Untersuchung von ternären Amalgamen elektropositiver Metalle – Synthese, Kristallstrukturen und physikalische Eigenschaften, Dissertation, LMU München, 2023.
T. Hohl
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Ternary amalgams: expanding the structural variety of the Gd14Ag51 family. Zeitschrift für Kristallographie - Crystalline Materials, 238(5-6), 187-199.
Hohl, Timotheus; Nusser, Lukas; Wulfes, Jessica & Hoch, Constantin
