Synthese und Eigenschaften von Kohlenstoffnitriden

In der hier vorliegenden Arbeit über die „Synthese und Eigenschaften von Kohlenstoffnitriden“ wird im ersten Teil über die Synthese, die Strukturaufklärung, thermische Stabilität und die optischen Eigenschaften von Tri-s-triazin Derivaten (Cyamelurate, Melonate, Melem usw.) berichtet. Weil sich molekulare und polymere Tri-s-triazin Derivaten relativ einfach in reiner Form darstellen lassen, wurden sie als Precursoren zur Herstellung von harten Kohlenstoffnitriden ausgewählt. Im zweiten Teil werden die in der Diamantstempel-Hochdruckaparatur (DAC) durchgeführten Hochdrucksynthesen und die Charakterisierung der CN-Hochdruckphasen dargestellt. HT-HP-Umwandlungsversuche, die mit aromatischen Verbindungen wie Melon und Melem durchgeführt wurden, bildeten keine kristallinen Produkte. Jedoch führten die HT-HP-Experimente mit Dicyandiamid unter gleichen Herstellungsbedingungen teilweise zu kristallinen CN-Phasen. In den Proben, die bei Drücken zwischen 27-40 GPa und bei Temperaturen zwischen 1700-2400 °C synthetisiert wurden, ließ sich mit in situ Raman-Untersuchungen und teilweise mit Elektronenbeugung das Vorliegen kristalliner Bereiche nachweisen. Mittels EELS-Untersuchungen wurde die Zusammensetzung der Probenbereiche bestimmt (N:C Verhältnis zwischen 0,33 und 1,33) und die Abwesenheit von Sauerstoff belegt. Der Wasserstoffgehalt wurde mit Hilfe von Nano-SIMS-Untersuchungen bestimmt. Eine Röntgenstrukturanalyse der kristallinen Phase ist aufgrund der geringen Probemenge nicht gelungen, weshalb auch keine eindeutige Strukturlösung gefunden werden konnte. Dennoch konnte anhand der Elektonenbeugungsbilder ein Strukturvorschlag in der kubischen I213 Raumgruppe vorgestellt werden.

Derivatives of tri-s-triazine, graphite-like CN(H) compounds, attracted attention because they can be potentially used as precursors for synthesis of hypothetical hard C3N4. These compounds are thermally stable in inert atmosphere to about 500 °C and possess interesting structural and optical properties. Experiments on high pressure synthesis of crystalline C3N4 were performed in a laser-heated diamond anvil cell (LH-DAC) at pressures up to 40 GPa and temperatures up to 2400 °C. One noncyclic carbon nitride precursors, cyanoguanidine, and two cyclic ones, melem and melon were used as starting materials. Only for the noncyclic precursor we detected formation of a crystalline material when pressures exceeded 27 GPa. The obtained polycrystalline product was examined using transmission electron microscopy (TEM), electron energy-loss spectrometry (EELS), Raman spectroscopy and nano-SIMS. It was found that the N:C ratio in the sample varied between 0.33 and 1.33, and that the hydrogen content was low. From the TEM diffraction pattern we suggested the structure of the obtained carbon nitride to be a cubic one (space group I 213) with the lattice parameter of 5.22 Å.