Strategien zur chemischen Modifizierung von Übergangsmetallhalogeniden MX3 (M = Cr, Mo, Rh, Ru; X = Cl, Br, I) als 2D-Schichtmaterialien: Rationale Syntheseplanung, Kristallzüchtung und chemisch/physikalische Eigenschaften

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Silke Hampel; Professor Dr. Peer Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437046793

Das Projekt adressiert die Evaluierung von Mischkristallsystemen zweidimensionaler Schichtverbindungen der Übergangsmetallhalogenide MX3 (M = Cr, Mo, Rh, Ru; X, Y = Cl, Br, I). Dazu sollen systematische Untersuchungen zur Bildung und zu den Existenzbereichen von Mischkristallphasen M1−xM´xX3 bzw. M(X1−yYy)3 durchgeführt werden. Eine rationale Vorauswahl geeigneter Systeme wird auf der Grundlage thermodynamischer Analysen (elektrochemische Spannungsreihe der Halogenide) vorgenommen, so dass die Bildung von Mischkristallen in der Kombination der Kationen (Cr, Mo, Rh, Ru) mit einem hohen Maß der Wahrscheinlichkeit erwartet wird. Die Systeme CrCl3-RuCl3 sowie CrX3-CrY3 (X, Y = Cl, Br, I) dienen als Modellsysteme für die Evaluierung des Methodenspektrums und für die weitere Entwicklung thermodynamischer Konzepte zur rationalen Vorhersage der Existenzbereiche sowie geeigneter Synthesebedingungen für die Kristallzüchtung. Wesentliche Zielstellung ist die experimentelle Umsetzung gezielter Abscheidungen von Bulkkristallen sowie von nanoskaligen Schichten der Mischkristallphasen mit einer definierten Zusammensetzung im Homogenitätsbereich. Zur Vermeidung aufwändiger trial-and-error-Verfahren werden Methoden der Modellierung der Syntheseparameter (CalPhaD) mit experimentellen Methoden der Synthese und Charakterisierung kombiniert. Die Parameteroptimierung verfolgt schließlich das Ziel der Einstellung von geeigneten Bedingungen zur Abscheidung von Kristallen bis hinunter in den Bereich von Monolagen der 2D-Schichtmaterialien. Die erhaltenen Kristalle sind mit einem breiten Methodenspektrum der Projektpartner zu identifizieren und physikalisch-chemisch zu charakterisieren. Mit der Untersuchung quasibinärer Systeme M1−xM´xX3 bzw. M(X1−yYy)3 sollen mittelfristig Voraussetzungen geschaffen werden, auch quaternäre Systeme M1−xM´x(X1−yYy)3 mit einem rationalen Zugang zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen