Pyridin-vermittelte Synthese nanopartikulärer Nitride und unedler Metalle

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Beschreibung

“for the invention of efficient blue light-emitting diodes, which has enabled bright and energy-saving white light sources“ – Mit dieser Begründung verlieh das Nobelpreiskomitee 2014 den Nobelpreis für Physik an zwei Physiker und einen Elektroingenieur. Diesen war die Entwicklung der ersten hellen blauen Leuchtdiode (LED) gelungen. Möglich war dies durch die optimierte Darstellung von hochkristallinem, defektfreiem Galliumnitrid (GaN). Die stetige Weiterentwicklung ermöglichte ebenso die Herstellung der ersten weisen LED. Neben GaN kommen in diesen auch weitere Nitride zum Einsatz. Viele dieser, aus Metall-Kationen und Nitrid (N3-)-Anionen zusammengesetzten Verbindungen sind erst seit kurzem zugänglich. Nichtsdestotrotz sind sie bereits jetzt essentielle Bestandteile vieler moderner, optoelektronischer Geräte. Neben dem Bereich der Optoelektronik gewinnen Nitride derzeit zum Beispiel in der Katalyse und Mikroelektronik zunehmend an Bedeutung. Weiterhin kommen sie in Oberflächenhärtung zum Einsatz und dienen als Hartstoffe, Hochtemperatur- und feuerfeste Keramikwerkstoffe. Weiter gelten sie als potentielle Materialien für Hochleistungsbatterien sowie Gasspeicherung. Konventionelle Syntheserouten für Metallnitride sind Hochtemperatur-Synthesen wie die Ammonolyse von Oxiden (1), die direkte Nitridierung von Metallen (2) und die Metathesereaktion zwischen Metallhalogeniden und Li3N (3). Die beiden ersten Ansätze benötigen zur kompletten Ammonolyse (1) beziehungsweise zur Aktivierung des stabilen N2-Moleküls hohe Temperaturen von 450 bis über 1000 °C. Die Reaktion eines Metallhalogenids mit Li3N zur Darstellung von Nitriden wird thermisch initiiert und ist selbst oft so exotherm, dass Temperaturen über 600 °C entstehen und die Reaktion gar explosiv ablaufen kann. Ein generelles Problem bei der Synthese von Metallnitriden sind bislang mögliche Kontaminationen durch leichte Elemente wie Kohlenstoff, Wasserstoff oder Sauerstoff.