Moleküle als Bausteine zur Synthese von Festkörpern : ein Beitrag zur Entwicklung neuer Reaktionspfade in der anorganischen Materialforschung

Abstract

Der Einsatz molekularer elementorganischer Ausgangsstoffe (sog. Prekursorkonzept) ist im oxidischen Bereich seit langem ein etablierter Reaktionspfad zur gezielten Adressierung (metastabiler) Festkörper. Insbesondere im Rahmen des wohlbekannten Sol-Gel-Prozesses sind homo- und heterometallische Alkoxide bewährte Startmoleküle. Zur Realisierung eines Ammono-Sol-Gel-Prozesses wurde in der vorliegenden Arbeit ausgehend von verschiedenen molekularen Vorstufen (Butylamide, Methylate, Isocyanate) in geeigneten Lösemitteln polymere amido-, imido oder nitrido-Netzwerke synthetisiert, analysiert und Ihr thermisches Verhalten studiert. Es ist gelungen, ausgehend von molekularen Edukten über polymere Zwischenstufen poröse Xerogele zu erhalten, die unter geeigneten Bedingungen in kristalline Nitridkeramiken überführbar sind. Der neue Syntheseweg, welcher neben einer belegten signifikanten Reduktion der Prozesstemperatur auch noch den Vorteil der Darstellung von geometrischen Grünkörpern aufweist, wurde in allen Einzelheiten beschrieben. Dieser neue Reaktionspfad wurde den Ergebnissen der klassischen Synthese von Nitriden (am Beispiel der Nitride von Re und Os) gegenübergestellt. Neben der Untersuchung geeigneter Einkomponentenvorläufer zur Darstellung ternärer Nitride wurde unter Verwendung von Exotemplaten nitridische Nanopartikel hergestellt und untersucht. Im Rahmen dieser Arbeiten wurden ebenfalls ternäre Amide des Silbers analysiert und Ihre Verwendung zur Darstellung explosiver Feststoffe des Silbers untersucht. Es wurde ein neuer Vorschlag zur Interpretation des sogenannten "Knallsilbers" vorgestellt. Als ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit wurde ein Reaktionspfad zur Darstellung eines wasserstofffreien C3N4 (Kohlenstoffnitrid) untersucht. Ausgehend von molekularen und polymeren Isocyanaten (Cyanisocyanaten) wurde unter kontrollierter CO2-Abstraktion (Polykondensation) ein reines binäres C-N-Netzwerk synthetisiert und untersucht.

The use of molecular elementorganic reactants (so called precursor route) is known to be an established reaction path for the synthesis of (metastable) compounds. Especially with the well-known sol-gel process, homo- or heterometallic alkoxides are known to be conveniant molecular reactants. For the realisation of an ammono-sol-gel process, in this work polymeric amido-, imido- ir nitrido-networks have been synthesised and analysed by applying different molecular reactants (butylamides, methylates and isocyanates) in suitable solvents. Starting from molecules, polymeric intermediates as well as porous xerogels have been prepared and could be trnasfered to the corresponding ternary crystalline ceramics. Besides the lowering of the processing temperatures, this new reaction path which has been described in detail, enables the preparation of green bodies. This new path has been compared with classical ceramic routes to nitrides (synthesis of nitrides of Re ans Os). Besides this, nanoparticles of binary nitrides have been prepared by applying exotemplates and analysed. In addition, in this work ternary amides of silver have been studied and used as reactants for the preparation of explosive compounds of silver. A new interpretation of the chemical nature of so-called "fulminating silver" is presented. A further topic of this work was the preparation of hydrogen-free C3N4 (carbon nitride). Starting from molecular and polymeric isocyanates (cyanogen isocyanate), a pure binary C-N network was achieved by a carefully controlled abstraction of CO2 (polycondensation). The network has been analysed in detail.