Synthese und Charakterisierung neuartiger ternärer und quaternärer Übergangsmetallcarbodiimide

• Antragsteller: Dr. Alexander Corkett, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441856704

Ziel dieses Projekts ist die Synthese und Charakterisierung neuartiger ternärer und quaternärer Übergangsmetallcarbodiimide, angeregt durch den Nachweis ausgezeichneter physikalischer Eigenschaften von binären Übergangsmetallcarbodiimiden MNCN und M2(NCN)3. Die gesuchten ternären und quaternären Systeme sollten nicht nur die strukturelle Vielfalt der Carbodiimide bereichern, sondern auch neue oder verbesserte Eigenschaften hervorbringen können. Die Erforschung solcher Materialien folgt dem Vorbild von Übergangsmetallsulfiden und -oxiden auf der Basis der pseudochalkogenartigen Natur des Carbodiimidanions, wobei die Tendenz der elongierten NCN2−-Einheit, schichtartige Strukturen auszubilden, berücksichtigt wird. Die Entdeckung der ersten nichtbinären Übergangsmetallcarbodiimide A2MnSn2(NCN)6 (A = Li und Na), ACr(NCN)2 (A = Li und Na) und NaSc(NCN)2 durch den Antragsteller, die alle in niedrigsymmetrischen Versionen des [NiAs]-Strukturtyps kristallisieren, bilden einen ersten Ansatzpunkt für das Forschungsprojekt. Deshalb sollen in einem ersten Schritt (Forschungsthema 1) neuartige AaMb(NCN)a+b-Verbindungen hergestellt werden, die Alkalimetalle (A) und Übergangsmetalle (M) enthalten, bevor wir uns auf Derivate des [NiAs]-Strukturtyps konzentrieren, die Leerstellen- und Kationenordnung verbinden. Vor dem Hintergrund unserer neuesten Entdeckungen von SrZn(NCN)2 und BaZn(NCN)2 planen wir in einem zweiten Schritt (Forschungsthema 2) neuartige ternäre Carbodiimide AeM(NCN)2 (Ae = Erdalkalimetall) herzustellen, die tetraedrisch koordinierte Übergangsmetalle enthalten. Alle zu synthetisierenden Materialien werden sorgfältig mittels kombinierter Röntgen- und Neutronenbeugung strukturell charakterisiert. Das Potential der Verbindungen im Hinblick auf interessante magnetische, elektrochemische, katalytische und Lumineszenz-Eigenschaften wird dann in Zusammenarbeit mit etablierten Kooperationspartnern weiter untersucht. Ergänzend dazu werden wir Berechnungen der elektronischen Struktur durchführen. Wir gehen davon aus, dass die innerhalb dieses Projekts vorgesehene Synthese und Charakterisierung neuartiger ternärer und quaternärer Übergangsmetallcarbodiimide den Zusammenhang von Struktur und Eigenschaften dieser Pseudochalkogenidfamilie erhellen und dadurch zu einem besseren Verständnis sowie möglicher Anwendungen dieser neuartigen Materialien führen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen