Your browser is outdated. We recommend an update or using another browser to visit our website.

 

Universität Bayreuth, Pressemitteilung Nr. 066/2020 vom 04.05.2020

Bayreuther Hochdruck-Forscher entdecken Stickstoffverbindungen mit überraschenden Strukturen

Nitride sind Stickstoffverbindungen mit technologisch hochattraktiven Eigenschaften. Sie haben daher ein breites Anwendungspotenzial in der Mikroelektronik, der Optoelektronik und als Keramikwerkstoffe. Forscher der Universität Bayreuth haben jetzt bei Hochdruck-Experimenten ungewöhnliche Nitride entdeckt. Stickstoff- und Metallatome verbinden sich unter sehr hohen Drücken zu porösen Kristallstrukturen mit Kanälen, in die sich Stickstoff-Moleküle einlagern. Die in der Zeitschrift „Angewandte Chemie International Edition” veröffentlichten Erkenntnisse bieten wertvolle Ansatzpunkte für das Design und die Synthese neuer High-Tech-Materialien.

Scheinbar paradox: Hochdruck erzeugt Hohlräume

Es ist eine alltägliche Erfahrung: Je kräftiger der Druck ist, den man von allen Seiten auf einen Gegenstand ausübt, desto mehr wird er zusammengepresst. Das Volumen verringert sich und Hohlräume im Inneren verschwinden. Doch genau dieser Erfahrung widersprechen die neuen Hochdruck-Experimente an der Universität Bayreuth. Bei einem Kompressionsdruck von rund einer Million Atmosphären, wie er rund 2.500 Kilometer unterhalb der Erdoberfläche herrscht, entstehen aus Stickstoff-Atomen und den Atomen eines Metalls poröse Gerüststrukturen. Dabei bauen Stickstoff-Atome beispielsweise zickzackförmige Ketten auf. In die Hohlräume der neuen Kristalle dringen Stickstoff-Moleküle (N₂) ein. Bei den in den Experimenten verwendeten Metallen handelt es sich um Hafnium (Hf), Wolfram (W) und Osmium (Os). Sie zählen aufgrund ihrer Positionen im Periodensystem der Elemente zur Klasse der Übergangsmetalle.

Metallische anorganische Gerüststrukturen: Os₅N₂₈, Hf₄N₂₀ und WN₈ mit den Übergangsmetallen Osmium, Hafnium und Wolfram (v.l.n.r.). Blau sind Stickstoff-Atome, gelb Metall-Atome und rot die Stickstoff-Moleküle in den Zwischenräumen. Grafiken: Maxim Bykov.

Internationale Zusammenarbeit

Die neuen Forschungsergebnisse sind aus einer engen internationalen Forschungskooperation hervorgegangen: Zusammen mit Hochdruck-Forschern aus Bayreuth waren Arbeitsgruppen der University of Chicago, der Carnegie Institution of Washington und der Howard University in den USA, der National University of Science and Technology MISiS in Moskau/Russland, der Universität Linköping in Schweden, der European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble/Frankreich (ESRF) sowie des Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg beteiligt.

Forschungsförderung:

Die Forschungsarbeiten an der Universität Bayreuth wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Veröffentlichung:

Maxim Bykov et al.: High‐pressure synthesis of metal‐inorganic frameworks Hf4N20·N2, WN8·N2, and Os5N28·3N2 with polymeric nitrogen linkers. Advanced Materials International Edition (2020), doi: https://doi.org/10.1002/ange.202002487

Kontakt

placeholder

Prof. Dr. Natalia DubrovinskaiaLabor für Kristallographie

Telefon.: +49 (0)921 55-3880
E-Mail: natalia.dubrovinskaia@uni-bayreuth.de

Universität Bayreuth

Redaktion

placeholder

Christian WißlerStellv. Pressesprecher, Wissenschaftskommunikation

Telefon: +49 (0)921 / 55-5356
E-Mail: christian.wissler@uni-bayreuth.de