Bildung und Chemie von molekularen Metallnitriden

Nitride von Metallen und speziell von Übergangsmetallen sind in den letzten Jahren immer wichtiger geworden und aus Industriezweigen wie der Elektroindustrie, der Ölindustrie und der Luftfahrt nicht mehr wegzudenken. Für die Herstellung von vielen Metallnitriden wird ein klassischer thermodynamischer Ansatz gewählt. Oft ist das nicht der beste Lösungsweg, da entweder der Diffusionsprozess im Festkörper zu langsam ist, oder die thermodynamisch stabile Phase des Endproduktes nicht erreicht werden kann. Die Erzeugung von Metallnitriden auf Oberflächen und die Synthese von Makropartikeln sind Schwerpunkte vieler Studien und Arbeiten, die sich mit Reaktionen in der Gasphase beschäftigen. Allerdings wurden bisher keine systematischen Versuche und Studien durchgeführt, die den Prozess der Erzeugung und Reaktivität von Metallnitriden auf einem molekularen Level erklären. Die Arbeitsgruppe von Prof. Böhme vom Department of Chemistry der York University in Toronto hat einen speziellen und einzigartigen Versuchsaufbau (symbolisiert durch ICP/qQ/SIFT/QqQ) entwickelt, der ideal für die Untersuchung der Bildungsprozesse und der chemischen Reaktivität von Metallnitriden in der Gasphase ist. Das Projektvorhaben gliedert sich in zwei Teilbereiche: (i) Die Untersuchung des Bildungsprozesses von Nitriden und (ii) die Bestimmung von grundlegenden physikalischen Eigenschaften und der Ionenchemie der synthetisierten Metallnitride in der Gasphase. Der experimentelle Versuchsaufbau verfügt über mehrere Zonen in welchen die Bildung von Nitriden in der Gasphase untersucht werden kann. Die erste Möglichkeit bietet die "kühle Zone" des Plasmas. Eine zweite Möglichkeit stellt die Region zwischen der ICP-Quelle und dem Quadrupol, das den Eingang in die SIFT Röhre markiert, dar. Die dritte Möglichkeit zur Herstellung von Metallnitriden bietet sich in der SIFT Röhre, in der die gebildeten Moleküle im thermischen Gleichgewicht sind. Die Untersuchung von grundlegenden physikalischen Eigenschaften (z.B. Ionisierungs Energie, Protonen Affinität und Bindungsenergie) und Experimente zur Gasphasen Ionenchemie und Reaktivität der gebildeten Metallnitride können in der SIFT Röhre durchgeführt werden. Die Apparatur in Prof. Böhmes Laboratorium in Toronto ist der einzige Versuchsaufbau weltweit, der eine Untersuchung all dieser Bereiche erlaubt. Erste Vorversuche sind sehr vielversprechend für zukünftige, im Rahmen des Schrödinger Stipendiums, geplante Experimente.