Oxidation intermetallischer Aluminiumverbindungen zur Darstellung (neuer) Chalkogenide

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Oliver Janka
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 577884074

Der vorliegende Antrag soll sich mit der Oxidation intermetallischer Aluminiumverbindungen beschäftigen. Das Ziel ist hierbei die Synthese bekannter und neuer Oxide, Sulfide, Selenide und Telluride. Hierfür werden zunächst literaturbekannte intermetallische Aluminiumverbindungen dargestellt. Die Synthese erfolgt in der Regel aus den Elementen mittels Lichtbogenschmelzen oder in Refraktärmetallampullen. Die erhaltenen Vorläuferverbindungen werden anschließend mittels Pulverdiffraktometrie und, falls noch nicht erfolgt, mittels 27Al Festkörper-NMR-Spektroskopie charakterisiert. Die Oxidation erfolgt in einem zweiten Schritt in einem Strömungsofen, welcher mit Sauerstoff, feuchtem Argon oder Ozon begast werden kann. Im Falle von Oxidationen mit den schwereren Homologen Schwefel, Selen oder Tellur kann in abgeschmolzenen Kieselglasampullen gearbeitet werden. Nach der erfolgreichen Darstellung der Chalkogenide sollen diese auch mittels Beugungs- und verschiedener Spektroskopie-Methoden (NMR, IR, Raman, etc.) untersucht werden. Im Rahmen des Projekts wird zwischen Verbindungen unterschieden, die in ihrer oxidierten Form definierte Oxidationsstufen besitzen und solchen, bei denen eines der Metalle mehrere Oxidationsstufen aufweisen kann. Während die Reaktionen im ersten Fall klar ablaufen sollten, wird im zweiten Teil auf die Darstellung einer bestimmten Oxidationsstufe abgezielt. Als Beispiel sei die Oxidation von EuAl2 mit Sauerstoff genannt. Hier kann es zur Bildung von zwei- und dreiwertigem Europium kommen. Wird die Verbindung im Überschuss von Sauerstoff oxidiert, findet man ausschließlich Eu3+, während mit stöchiometrischen Mengen O2 zweiwertiges Europium erhalten werden kann. Ein weiterer Aspekt stellt die Erforschung der entsprechenden Reaktionsmechanismen dar. Im Fall der Oxidation von CaAl2 konnte gezeigt werden, dass sich nicht wie erwartet direkt CaAl2O4 bildet, sondern ein Calcium-reicheres Oxid (Ca12Al14O33). In der Folge wurde klar, dass Calcium während der Oxidation an die Oberfläche diffundiert und dort das besagte Oxid bildet. Sind alle metallischen Bestandteile abreagiert, so kommt es zu einer klassischen diffusionskontrollierten keramischen Reaktion, in der sich schließlich das eingangs erwähnte CaAl2O4 bildet. Durch die Vermahlung des Startmaterials konnte der Reaktionsmechanismus allerdings drastisch beeinflusst werden. Defektreiches CaAl2 bildet direkt in sehr hohen Mengen CaAl2O4, während die Bildung von Ca12Al14O33 unterdrückt wird. Daher soll neben der Untersuchung der Reaktionsmechanismen auch die mechanochemische Behandlung der Startmaterialien sowie die daraus folgende Veränderung des Reaktionsmechanismus studiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen