Einführung von Stickstoff in Uran- und Thoriumhalogenide: Reaktionen mit flüssigem Ammoniak, Amiden, Imiden, Nitriden und Aziden

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Kraus
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 189244078

Die Chemie des Urans und Thoriums ist gut erforscht - falls es sich um kerntechnisch relevante Anwendungen, wie die Gewinnung, die Isotopentrennung oder die Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoff handelt. Abseits davon kann der chemische Wissensstand nur als beschämend bezeichnet werden.Daher möchten wir uns mit unserem Forschungsvorhaben weit von nuklearen Fragestellungen distanzieren und die chemische Grundlagenforschung an Uran und Thorium vorantreiben. Es sollen die chemischen Reaktionen von Uran- und Thoriumhalogeniden, mit Schwerpunkt auf den Reaktionen der Fluoride, untersucht werden. Im Zentrum unseres Interesses steht der Zugang zu fluor- und stickstoffhaltigen Verbindungen wie Fluorid-Amminen, sowie zu gemischtanionischen Verbindungen wie Fluorid-Amiden, -imiden und -nitriden. Stickstoff soll mit Hilfe von Ammoniak, Hydrazin, Amiden, Imiden, Nitriden und Aziden sowohl festkörper- als auch lösungsmittelchemisch in flüssigem Ammoniak, in die Fluoride des Urans und Thoriums eingeführt werden.Unseres Wissens sind solche stickstoff- und fluorhaltigen Substanzklassen bis auf wenige Ausnahmen unbekannt, obwohl sie, aufgrund der zu erwartenden strukturellen Verwandtschaften zu den Oxiden, interessante und zudem nutzbare magnetische, optische und elektronische Eigenschaften zeigen sollten. Generell sind in den letzten Jahren gemischtanionische Verbindungen mehr in das Fadenkreuz der chemischen Forschung gerückt, da beispielsweise supraleitende Fluoridoxide entdeckt wurden.Nitride werden großtechnisch als Hartstoffe, hochtemperaturfeste Werkstoffe und sogar als Leuchtmittel in LEDs eingesetzt. Klassischerweise erfolgt die Synthese von Nitriden bei höheren Temperaturen und/oder Drücken. In unserem Vorhaben möchten wir unter anderem eine Tieftemperaturroute zu Nitriden erarbeiten, die auf sukzessiver Ammonolyse von Halogeniden in flüssigem Ammoniak beruht.Unsere Vorarbeiten während des Erstantrags waren sehr erfolgreich: Neben mehreren neu entdeckten Verbindungen ermöglichte uns die intensive Beschäftigung mit der Chemie von Uran, Thorium und Fluor einen fast 200 Jahre währenden Disput aufzuspüren und zu beenden: Nur mit dem im Erstantrag erworbenen Wissen konnten wir das Vorkommen von elementarem Fluor in der Natur eindeutig belegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen