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

Wir haben kürzlich einen Ansatz entwickelt, der es uns erlaubt hat, Sr2CO4, in dem sp3-hybridisierter Kohlenstoff vierfach durch Sauerstoff koordiniert ist, bei Umgebungsbedingungen zu erhalten. Mit dem selben Ansatz konnten wir Ca2CO4 bei mäßig hohen Drücken (20 GPa) synthetisieren, das jedoch bei Druckentlastung bei etwa 4 GPa amorph wird. Da neuere Untersuchungen anderer Gruppen gezeigt haben, dass neuartige Karbonate, d.h. Carbonate, die tetraedrisch koordinierten sp3-hybridisierten Kohlenstoff enthalten, auch mit Eisen-, Magnesium- und Mangan-Kationen gebildet werden können (wenn auch bei sehr hohen Drücken, p > 70 GPa, und als nicht abschreckbare Verbindungen), scheint es nun plausibel, dass diese neuartigen Carbonate strukturell und chemisch so vielfältig wie konventionelle Carbonate sein können, zumal die CO44−-Gruppen durch Eckenverknüpfung ähnlich wie SiO44−-Gruppen polymerisieren können. Wir schlagen daher ein Projekt mit dem übergreifenden Ziel vor, ein kristallchemisches und kristallographisches Verständnis dieser Familie neuartiger Carbonate zu erlangen. Dazu planen wir die Synthese und Charakterisierung von neuartigen Carbonaten, die Ni2+, Zn2+, Co2+, Cd2+, Eu2+, Ba2+, und Pb2+enthalten. Die neuen Verbindungen sollen durch Reaktionen von herkömmlichen Carbonaten mit einem Oxid oder mit CO2 in laserbeheizten Diamantstempelzellen gebildet werden. Das Projekt zielt zunächst darauf ab, die Druck-, Temperatur-Bedingungen zu klären, bei denen die neuartigen Carbonate synthetisiert werden können. Selbst von den wenigen bereits bekannten neuartigen Carbonaten sind die Stabilitätsfelder nicht gut eingegrenzt und die Bildungsbedingungen scheinen einen wirklich großen Bereich von mindestens 20 - 90 GPa in Sr2CO4 zu umfassen, wobei dies wahrscheinlich weder die untere noch die obere Grenze ist. Danach möchten wir den Zusammenhang zwischen Zusammensetzung, Synthesebedingungen und Polymerisation von CO44−-Gruppen verstehen, in-dem wir in situ Raman Spektroskopie und Synchrotronbeugungsexperimente durchführen, die durch DFT Berechnungen ergänzt werden. Die neuartigen Carbonate, die bei moderatem Druck (< 20 GPa) synthetisiert werden können und danach auf Umgebungsbedingungen abgeschreckt werden können, z.B. Sr2CO4, sollen weiter untersucht werden. Dazu sollen Milli-gramm-große Proben mit großvolumigen Pressen erzeugt werden, die dann mittels NMR, EELS, IXS und Relaxations-Kalorimetrie charakterisiert werden können. Auf der Grundlage der so erhaltenen Daten wollen wir dann verstehen, wie Strukturen, Bindung, Bildungsbedingungen und Eigenschaften der neuartigen Carbonate sich von denen von herkömmlichen Karbonaten unterscheiden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen