Flüssigphasensynthese kristalliner Metallnitrid-Nanopartikel mit halbleitenden Eigenschaften (NanoNitrid)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Claus Feldmann; Professorin Dr. Dagmar Gerthsen
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323199414

Die Synthese von Metallnitrid-Nanopartikeln mit einheitlicher Partikelgröße, hoher Kristallinität und Reinheit stellt nach wie vor eine Herausforderung dar. Dies ist auf die Schwierigkeit der vollständigen Deprotonierung von Ammoniak in Ammonolysereaktionen und die Reaktionsträgheit von Stickstoff in Nitridierungsreaktionen zurückzuführen. Meist werden daher hohe Temperaturen (>500 °C) und in vielen Fällen sauerstoffhaltige Ausgangsmaterialien (Metalloxide, Metallhydroxide) eingesetzt, was im Hinblick auf einheitliche, agglomeratfreie und sauerstofffreie Metallnitrid-Nanopartikel naturgemäß kontraproduktiv ist. Metallnitrid-Nanopartikeln sind andererseits im Hinblick auf ihre Materialeigenschaften hochinteressant, was Quanteneffekte, Katalyse, Gassorption und elektronische oder optische Eigenschaften von Halbleitern einschließt.Ziel dieses Projektes ist es, von den zunächst angestrebten Mikroemulsionen mit flüssigem Ammoniak (1. Förderperiode) zu neuen, weit vorteilhafteren Synthesestrategien überzugehen. Dabei werden zunächst Metallamid-Nanopartikel in flüssigem Ammoniak gebildet und nachfolgend in einem Eintopfansatz in Pyridin (o.ä.) oder in Ionischen Flüssigkeiten in kristalline Metallnitrid-Nanopartikel umgewandelt. Zielverbindungen sind binäre und ternäre Metallnitrid-Nanopartikeln mit halbleitenden Eigenschaften (d.h. Sc2N3, Y2N3, Mn3N2, Zn3N2; ZnMN2 mit M: Si, Ge, Sn, Ti, Zr oder MWN3 mit M: Sc, Y, La). Für ausgewählte Verbindungen werden wir weiterhin Konzepte zur Größen- und Formkontrolle entwickeln, die für nanoskalige Metallnitride bislang weitgehend unbekannt sind. Zur Charakterisierung von Größe, Struktur und Phasenreinheit der Metallnitride (insbesondere Abwesenheit von Metalloxiden/-carbiden) sind die moderne Elektronenmikroskopie und -spektroskopie naturgemäß die zentralen analytischen Methoden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen