Hochdruckuntersuchungen an binären und ternären Acetyliden

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Ruschewitz
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501755067

Im Zentrum des Projektes stehen Hochdruck-Untersuchungen an binären und ternären Acetyliden. Dabei soll eine kürzlich bewilligte und voraussichtlich ab Ende 2021 an der Universität zu Köln zur Verfügung stehende Hochdruckpresse („large volume press“ (LVP), Multi-Anvil-Technik) zum Einsatz kommen. Ziel des Projektes ist es, sogenannte Polycarbide, die schon seit fast 10 Jahren auf Basis theoretischer Arbeiten vorhergesagt werden, in mg-Menge zu synthetisieren und einer ausführlichen strukturellen Charakterisierung zuzuführen. Da für diese Polycarbide interessante Eigenschaften, z. B. Supraleitung, vorhergesagt werden, soll auch eine Charakterisierung der erhaltenen Verbindungen über die reine Strukturanalyse hinaus erfolgen (z. B. Leitfähigkeitsmessungen). In bisher beschriebenen Untersuchungen kamen fast ausschließlich Diamantstempelzellen zum Einsatz, die nur eine (teilweise begrenzte) In-situ-Charakterisierung ermöglichen. Zudem wurde in den meisten Experimenten nicht geheizt, weshalb aufgrund vermutlich kinetischer Hemmungen keine kristallinen Produkte erhalten werden konnten. Diese Beschränkungen sollen mit der o. g. LVP überwunden werden, da sowohl ein Heizen auf Temperaturen bis über 1500 °C möglich ist (bei 15 GPa) und zudem mg-Menge der Produkte erhalten werden können, um weitergehende Untersuchungen zu ermöglichen. Alle bisherigen Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Polycarbide nach dem Entspannen unter Normaldruck metastabil sind.Begleitet werden diese Experimente durch eine Kooperation mit den Arbeitsgruppen Häussermann und Kohlmann (Stockholm bzw. Leipzig), die im Rahmen eines Röntgen-Ångström-Cluster-Projekts am Petra III Synchrotron in Hamburg einen Messstand für In-situ-Hochdruckexperimente aufbauen. Diese komplementären Messungen würden im Idealfall die experimentellen Parameter (Druck, Temperatur) liefern, die zu erfolgreichen Synthesen in der LVP führen. Zudem würden sie erlauben, auch solche Produkte zu erfassen, die nach dem Entspannen in der LVP wieder zerfallen würden.Zusätzlich zu den Untersuchungen an Polycarbiden, die der bisher schon sehr reichhaltigen Strukturchemie des Kohlenstoffs (Diamant, Graphit, Fullerene, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Graphen) eine weitere interessante Facette hinzufügen würden, wollen wir mit dem genannten Aufbau untersuchen, wie sich die Oxidationskraft des Kohlenstoffs (Graphit) unter Druck verändert. Für andere Hauptgruppenelemente, u. a. Wasserstoff, konnte bereits gezeigt werden, dass unter Druck eine Oxidation von elementarem Platin bis hin zur Oxidationsstufe +4 möglich ist. Analoge Untersuchungen für Kohlenstoff sind unbekannt. Aber mit den von uns vor längerem synthetisierten ternären Acetyliden Na2PdC2 und Na2PtC2 stünden ideale Startverbindungen für diese Untersuchungen bereit.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen