Neue Entdeckung: Weg zur Herstellung innovativer Ruddlesden-Popper-Nitride aufgezeigt

BerlinLMU-Chemiker haben erstmals Ruddlesden-Popper-Nitride hergestellt. Dies könnte zur Entwicklung neuer Materialien mit besonderen Eigenschaften führen. Ruddlesden-Popper-Verbindungen besitzen eine einzigartige Schichtstruktur und könnten als Supraleiter, Katalysatoren oder in der Solarenergie-Technologie nützlich sein.

Bis vor Kurzem gab es viele Substanzen mit einer ähnlichen Struktur, aber keine davon waren Nitride. Wissenschaftler vermuteten, dass Ruddlesden-Popper-Nitride hervorragende Eigenschaften besitzen würden, aber es gelang ihnen nicht, diese herzustellen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Dr. Simon Kloß vom Department Chemie der LMU hat nun einen Weg gefunden, diese Nitridmaterialien mittels einer neuen Synthesemethode herzustellen.

Die Herausforderung

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Die Herstellung dieser Materialien stellte eine große Herausforderung dar, da Stickstoffmoleküle (N2) eine äußerst stabile Dreifachbindung besitzen. Diese Stabilität und die geringe Elektronenaffinität von Stickstoff erschwerten die Arbeit erheblich. Um diese Hindernisse zu überwinden, mussten die Chemiker die Synthesen unter äußerst strengen Bedingungen durchführen.

• Es wurden großvolumige Pressen verwendet.
• Proben wurden unter einem Druck von 8 Gigapascal (80.000 Bar) komprimiert.
• Ein aktiver Stickstofflieferant wie Natriumazid kam zum Einsatz.

Ursprungsverbindungen und deren Eigenschaften

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Die anfänglichen Verbindungen und ihre Eigenschaften umfassen verschiedene chemische Strukturen und Verhaltensweisen. Diese Eigenschaften beeinflussen ihre Reaktivität, Stabilität und Verwendung in verschiedenen industriellen Anwendungen. Durch das Verständnis dieser Grundverbindungen können neue Materialien und Prozesse entwickelt werden, die effizienter und nachhaltiger sind.

Sie haben bereits drei neue Materialien in dieser Gruppe untersucht.

• Cerium-Tantal-Nitrid (Ce₂TaN₄)
• Praseodym-Rhenium-Nitrid (Pr₂ReN₄)
• Neodym-Rhenium-Nitrid (Nd₂ReN₄)

Diese drei Materialien weisen jeweils unterschiedliche Strukturen, elektronische Verhaltensweisen und magnetische Eigenschaften auf. Besonders faszinierend sind die praseodym- und neodymhaltigen Verbindungen aufgrund ihrer magnetischen Merkmale. Die Neodymverbindung ist ein starker Permanentmagnet mit schwer umkehrbaren magnetischen Eigenschaften. Im Gegensatz dazu ist die Tantalverbindung ein Halbleiter und könnte in der Energieumwandlung oder als Material zur elektrischen Polarisierung nützlich sein.

Zukünftige Forschungsansätze

Insgesamt zeigt die aktuelle Untersuchung, dass es noch viele ungeklärte Fragen gibt, die in zukünftigen Studien angegangen werden sollten. Dabei ist es wichtig, sowohl theoretische als auch methodische Ansätze weiter zu verfeinern. Es wird empfohlen, größere Stichproben zu verwenden und verschiedene demografische Gruppen zu betrachten, um die Generalisierbarkeit der Ergebnisse zu verbessern. Darüber hinaus könnten Längsschnittstudien wertvolle Einblicke in die langfristigen Effekte der untersuchten Phänomene liefern.