Eine Saphir-Gasdruckzelle für Untersuchungen zur Hydrierung intermetallischer Phasen durch in situ-Neutronenbeugung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Eine neuartige Saphir-Gasdruckzelle für die in situ-Neutronenbeugung konnte entwickelt werden, die auf einem durchbohrten Saphir-Einkristall als Probenhalter basiert. Diese erlaubt es, Neutronenpulverbeugungsdaten bei Fest-Gas-Reaktionen unter in situ-Bedingungen, z. Zt. 100 bar Wasserstoffdruck und 300°C, von bisher nicht gekannter Qualität zu gewinnen. Hierdurch werden erstmals Realzeitstudien an Hydrierungsreaktionen intermetallischer Phasen möglich, wobei Reaktionspfade erforscht und intermediäre Zwischenstufen vollständig strukturell charakterisiert werden können. In palladiumreichen intermetallischen Verbindungen von Mg, In, Tl und Tl1-xPbx wurden durch Wasserstoff induzierte Umwandlungen von zwei-, vier- und sechsfachen Überstrukturen der kubisch dichtesten Kugelpackung (TiAl3, ZrAl3, PbTl2Pd9-Typ) in den AuCu3-Strukturtyp unter Hydridbildung gefunden. Mit Hilfe kristallchemischer Überlegungen, quantenchemischen Rechnungen und in situ-Neutronenbeugung in der entwickelten Gasdruckzelle konnten Hinweise auf den Umwandlungsmechanismus gewonnen werden, der als Dekohäsion der intermetallischen Struktur, gefolgt von einer Gleitung verstanden werden kann. Aus den in situ-Neutronenbeugungsdaten wurden aber nicht nur Hinweise auf den Reaktionspfad, sondern auch detaillierte Kristallstrukturdaten der intermediär auftretenden, ex situ nicht erfassbaren Zwischenstufen gewonnen. Die Ergebnisse sind in fünf bereits erschienenen oder im Druck befindlichen Publikationen niedergelegt, zwei weitere sind eingereicht bzw. in Vorbereitung. Noch laufende Arbeiten schließen das Thema palladiumreiche Phasen ab und betreffen die Erhöhung der Temperaturtoleranz der Gasdruckzelle.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- In situ neutron powder diffraction on intermediate hydrides of MgPd3 in a novel sapphire gas pressure cell, Z. Anorg. Allg. Chem. 2009, 635, 2399-2405
H. Kohlmann, N. Kurtzemann, R. Weihrich, T. Hansen
- Reaction Pathways in the Formation of Intermetallic InPd3 Polymorphs. Z. Anorg. Allg. Chem. 2009, 635, 1573-1579
H. Kohlmann, C. Ritter
- Formation of the new hydride TIPd3H, Z. Anorg. Allg. Chem. 2010, 636
N. Kurtzemann, H. Kohlmann
- From magnesium based intermetallics to metal hydrides: structures, properties and reaction pathways, Z. Kristallogr. 2010
H. Kohlmann
- Hydrogenation of palladium rich compounds of aluminium, gallium and indium, J. Solid State Chem. 2010, 183, 367-372
H. Kohlmann
- The anti-perovskite type hydride InPd3H0.8, J. Solid State Chem. 2010
H. Kohlmann, A. V. Skripov, A. V. Solonin, T. J. Udovic
- Theoretical investigation of the hydrogenation induced atomic rearrangements in palladium rich intermetallic compounds MPd3 (M = Mg, In, Tl), Phys. Chem. Chem. Phys. 2010
N. Atif, L.-M. Dejon, N. Louis, Y. Pang, J. Sander, F. Wagener, Y. N. Zang, M. Bauer, M. Springborg, H. Kohlmann
