Nanopartikuläre 3d-Übergangsmetallnitride aus flüssigem Ammoniak

Im Rahmen dieser Arbeit wurden phasenreine, nanopartikuläre 3d-Übergangsmetallnitride aus wasserfreiem, flüssigem Ammoniak hergestellt. Untersucht wurden Phasen in den Systemen V-N, Cr-N, Mn-N, Fe-N und metallische Fe- und Co-Nanopartikel. Hierfür wurden Übergangsmetallsalze mit Natrium in flüssigem Ammoniak umgesetzt und die erhaltenen amorphen Produkte bei erhöhten Temperaturen im Vakuum behandelt. Ebenso wurde die Synthese von Co3B-Nanopartikeln durch Reaktion von Cobalt(II)-bromid mit Lithiumtetrahydridoborat in Tetrahydrofuran mit anschließender Temperaturbehandlung ermöglicht. Die verwendeten Analysemethoden beinhalteten Röntgenpulverdiffraktometrie, Transmissionselektronenmikroskopie, magnetische Messungen, Elektronenenergieverlustspektroskopie, energiedispersive Röntgenspektroskopie, Elementaranalyse und dynamische Differenzkalorimetrie. Hervorzuheben ist die Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von Eisennitrid-Eisenoxid-Core-Shell-Partikeln und die Analyse der magnetostrukturellen Phasenumwandlung von CrN-Nanopartikeln. CrN-Nanopartikel zeigten als Katalysator sowohl für die Wasserstoff- als auch für die Sauerstoffbildungsreaktion eine hervorragende Aktivität. In dickwandigen Glasampullen wurden außerdem verschiedene Reaktionen in wasserfreiem, flüssigem Ammoniak bei Raumtemperatur durchgeführt.

In this work, phase-pure, nanoparticulate 3d transition metal nitrides were obtained from anhydrous liquid ammonia. Phases in the systems V-N, Cr-N, Mn-N, Fe-N and metallic iron and cobalt nanoparticles were analyzed. The reaction of transition metal salts and sodium in liquid ammonia led to amorphous products which were treated at elevated temperatures in vacuo. Furthermore, the synthesis of Co3B nanoparticles was realized through the reaction of cobalt(II)-bromide with lithium tetrahydridoborate in tetrahydrofuran with subsequent heat treatment. Analytical methods included X-ray diffractometry, transmission electron microscopy, magnetic measurements, electron energy loss spectroscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, elemental analysis and differential scanning calorimetry. The measurement of the magnetic properties of iron nitride-iron oxide core-shell particles and the analysis of the magnetostructural phase transition of CrN nanoparticles deserve particular mention. CrN nanoparticles showed excellent activity as catalyst materials for the oxygen and hydrogen evolution reactions. Additionally, several different reactions were carried out in thick-walled glass ampules in anhydrous liquid ammonia at room-temperature.