Anionen- und Kationen-Substitution in Nitridosilicaten, Oxonitridosilicaten und Oxonitridoalumosilicaten und deren Einfluss auf die Materialeigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Schnick
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5385165

• Erstellungsjahr: 2009

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen der Arbeiten im SPP 1136 konnte eine Vielzahl von Substitutionsvarianten innerhalb der Substanzklasse der Nitridosilicate dargestellt werden. Es wurde Kationensubstitution (Lanthanoide in a), b), d), e), g) und i); Erdalkalimetalle in d), g) und h); Si/Al in c), d), f) und g)) und Anionensubstitution (O/N in a), c), d), f), g) und i); N/C in c) und d); O/Cl in a); Halogenide Cl/Br in b)) realisiert und somit Verbindungen aus den Substanzklassen Nitridosilicate. Oxonitridosilicate. Carbidonitridosilicate, Oxonitridoaluminosilicate (Sialone) und Oxonitridosilicathalogenide grobkristallin dargestellt und einer Vielzahl von Untersuchungsmethoden zugänglich gemacht. Im Einzelnen wurden folgende Verbindungen dargestellt und untersucht: a) Ce4[Si4O4N6]O und Ln4[Si4O3+xN7-x]Cl1-xOx mit Ln = Ce*, Pr*, Nd und 0.1 < x < 0.2 b) Nd10[Si10O9N17]CI, Ln10[Si10OgN17]Br mit Ln = Ce. Nd und Pr10[Si10-xAlxO9-xN17-x]Cl c) MYb[Si4N7]mit M=Sr*, Ba, Eu d) MLn[Si4-xAlxOxN7-x] mit M = Sr*, Ba*, Eu und Ln = Ho, Er, Tm, Yb* e) Nitridocarbidosilicate Ln2[Si4N6C] mit Ln = Y, Pr, Sm, Tb, Ho*, Er* f) Nd4[Si2O5N2]O2 und Nd4[Si2-xAlxOxN7-x]O2 g) Ln4-yMy[Si2-xAlxOx+yN7-x-y]O2 mit Ln = Dy – Yb, M = Sr, Eu h) M[Si6N8] mit M = Sr, Ba und Ba[Si6N8]O i) Ln6+(x/3)[Si11N20+x]O1-x:Ce mit Ln = Gd, Tb und Gd3Si6N11 : Ce Zur genaueren Charakterisierung ihrer elementaren Zusammensetzung wurde die Methode der Mikrosondenanalytik für die quantitative Bestimmung von leichten Elementen (z.B. O,N) neben schweren Elementen (z.B. Ln) optimiert. Zusätzlich wurden zahlreiche weitere analytische Methoden (Neutronenbeugung an Pulvern, Röntgenstrukturanalytik an Einkristallen und Pulvern, XAS, Raman- und IR-Spektroskopie, Härtemessungen, magnetische Messungen, Lumineszenzspektroskopie), teilweise in Kooperationen, angewendet. Dies lieferte wichtige Erkenntnisse über den Aufbau und die Eigenschaften der untersuchten komplexen chemischen Systeme. An einigen der Verbindungen (*) wurden in Kooperation mit dem Arbeitskreis Prof. B. Winkler Hochdruckuntersuchungen durchgeführt. Es zeigte sich, dass die chemische Substitution zu Eigenschaftsänderungen im Hinblick auf Struktur, Phasenübergänge, Stabilität. Bulk Moduln oder Lumineszenzeigenschaften führt. Das interessante Hockdruckverhalten der untersuchen Verbindungsklassen bewegte uns zur Antragstellung im neu eingerichteten Schwerpunktprogramm SPP 1236 "Strukturen und Eigenschaften von Kristallen bei extrem hohen Drücken und Temperaturen". Dies ist auch die Ursache dafür, dass von uns kein weiterer Antrag für die dritte Periode des SPP 1136 eingereicht wurde.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Ce10[Si10O9N17]Br, Nd10[Si10O9N17]Br and Nd10[Si10O9N17]Cl oxonitridosilicate halides with a new layered structure type. Journal of Solid State Chemistry, Vol. 178. 2005, Issue 11, pp. 3323–3335.
  A. Lieb, W. Schnick
  
• High-pressure phase transition of the oxonitridosilicate chloride Ce4[Si4O3+xN7–x]Cl1–xOx with x = 0.12 and 0.18. Zeitschrift für Kristallographie - Crystalline Materials, Vol. 220. 2005, pp. 245–249.
  A. Friedrich, K. Knorr. A. Lieb, S. Rath, M. Hanfland, B. Winkler, W. Schnick
  
• Oxonitridosilicate chlorides—synthesis, single-crystal X-ray and neutron powder diffraction, chemical analysis and properties of Ln4[Si4O3+xN7−x]Cl1−xOx with Ln=Ce, Pr, Nd and x≈0.2. Journal of Solid State Chemistry, Vol. 178. 2005, Issue 4, pp. 976–988.
  A. Lieb, M. T. Weller, P. F. Henry, R. Niewa, R. Pöttgen, R.-D. Hoffmann, H. E. Höfer, W. Schnick
  
• SrSi6Ng-A Reduced Nitridosilicate with a Si-Si Bond", Angew. Chem. 2005, 117, 573; Angewandte Chemie International Edition, Vol. 44. 2005, Issue 4, pp. 567–570.
  F. Stadler, O. Oeckler, J. Senker, H. A. Hoppe, P. Kroll, W. Schnick
  
• Synthese, Kristallstruktur und Festkörper-NMR-spektroskopische Untersuchung des Oxonitridosilicates BaSißNsO. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, Vol. 631. 2005, Issue 10, pp. 1773–1778.
  F. Stadler, R. Kraut, O. Oeckler, S. Schmid, W. Schnick
  
• Compressibility of the nitridosilicate SrYb[Si4N7] and the oxonitridoaluminosilicates /WYb[Si4-xAlxOxN7.x] {x = 2; M= Sr, Ba)". Acta Crystallographica Section B, Vol. 62. 2006, pp. 424-430.
  E.A. Juarez-Arellano. A. Friedrich. K. Knorr, A. Lieb, B. Winkler. M. Amboage. M. Hanfland. W. Schnick
  
• Crystal structure ofthe high-pressure phase of the oxonitridosilicate Chloride Ce4[Si403+xN7-x]Cli-xOx, x ^ 0.2. Acta crystallographica B, Vol. 62, Nr. 2, pp. 205-211.
  A. Friedrich, E. Haussühl, W. Morgenroth, A. Lieb, B. Winkler, K. Knorr, W. Schnick
  
• High-pressure study on isotypic SrYb[Si4N7] nitridosilicate and /Wyö[Si4.xAlxOxN7.x] (M= Sr, Ba and x = 2) sialons. Ninth European Powder Diffraction Conference, Prague, September 2-5, 2004. zeitschrift für kristallographie supplements, Vol. 23. 2006, S.83.
  E. A. Juarez-Arellano. A. Friedrich, K. Knorr, A. Lieb. B. Winkler, M. Amboage, M. Hanfland, W. Schnick
  
• Pr10[Si10−xAlxO9+xN17−x]Cl with x≈1 – an Oxonitridoaluminosilicate Chloride. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, Vol. 632. 2006, Issue 2, pp. 313–318.
  A. Lieb, R. Lauterbach, W. Schnick
  
• Single-Crystal X-ray Diffraction and Electron Microprobe Analysis of the Structurally related J-Phases Nd4[Si2O5N2]O2, Nd4[Si2−xAlxO5+xN2−x]O2 with x ≈ 0.4 and SrxHo4−x[Si2−yAlyO5+(x+y)N2−(x+y)]O2 with x ≈ 0.2 and y ≈ 0.4. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, Vol. 632. 2006, Issue 8-9, pp. 1496–1500.
  A. Lieb, R. Kraut, W. Schnick
  
• Substitution. Eigenschaften und neue Strukturen silicatvenwandter nitridischer Verbindungen. Dissertation, LMU München: Fakultät für Chemie und Pharmazie, 2006, 324 S.
  A. Lieb
  
• The sialons /W/-n[Si4.xAlxOxN7j with M = Eu, Sr, Ba and Ln= Ho - Yb - twelve substitution variants with the /WYb[Si4N7] structure type. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie, Vol. 633. 2007, Issue 1, pp. 166–171.
  A. Lieb, J. Kechele, R. Kraut. W. Schnick
  
• Compression behaviour of nitridocarbidosilicates M2[Si4N6C] M = Y, Ho, Er - studied with X-ray diffraction and ab-initio calculations" Journal of Physics and Chemistry of Solids, Vol. 70. 2009, Issue 1, pp. 97–106.
  A. Friedrich, K. Knorr, B. Winkler, A. Lieb, H.A. Hoppe, W. Schnick, V. Milman, M. Hanfland