1 / 14

Hauptseminar AC V

Hauptseminar AC V. Gliederung. Einführung Interkalationsverbindungen Struktur Synthese Elektronische Eigenschaften Anwendungsgebiete. Interkalation. Einbringung einer Gast-Spezies in den Zwischenschichtraum eines schichtartigen Feststoffes unter Erhalt des schichtförmigen Aufbaus .

preston
Télécharger la présentation

Hauptseminar AC V

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Hauptseminar AC V

  2. Gliederung • Einführung • Interkalationsverbindungen Struktur Synthese Elektronische Eigenschaften • Anwendungsgebiete

  3. Interkalation Einbringung einer Gast-Spezies in den Zwischenschichtraum eines schichtartigen Feststoffes unter Erhalt des schichtförmigen Aufbaus • Robert A. Schoonheydtet al., Pillared Clays andPillaredLayeredSolids, Pure Appl. Chem., Vol. 71, No.12, 1999, 2367-2371

  4. Graphit • AB-Schichtstruktur • -hybridisierte Kohlenstoffe • 3 σ-Bindungen •  p-Orbitale bilden delokalisierte π-Bindungen • d(C-C) = 142 pm • Zwischenschichtabstand: 335 pm • Bindungsenergien: • Zwischen zwei C in einer Schicht: 4.3 eV • Zwischen zwei Schichten: 0.07 eV • Anisotrope Eigenschaften • Abbildung:RajatenduSengupta et al, A review on the mechanical and electrical properties of graphite and modifiedgraphitereinforced polymer composites, Progress in Polymer Science, 36, 2011, 638-670 • Björn Trauzettel, Von Graphit zu Graphen, Physik Journal 6, 7, 2007, 39-44 • D. D. L. Chung, Review Graphite, Journal of Materials Science, 37, 2002, 1475-1489

  5. Graphit • Abbildung: Ralf Steudel, Chemie der Nichtmetalle– Mit Atombau, Molekülgeometire und Bindungstheorie, 2. Auflage, Walter de Gruyter GmbH & Co., Berlin, 1998 • H. Zabel et al., Graphite Intercalation Compounds II Transport and Electronic Properties, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 1992 • RikaMatsumoto et al., Thermoelectric Properties and Electrical Transport of Graphite Intercalation Compounds, Materials Transactions, Vol. 50, No. 7 (2009) pp. 1607 to 1611 • Zero gapsemiconductor • Elektrische Leitfähigkeit σ: e = Elementarladung; = Ladungsträgerkonzentration der Elektronen bzw. Defektelektronen; = Beweglichkeit der Elektronen bzw. Defektelektronen

  6. Graphiteinlagerungsverbindungen (GIC) Donor-GIC: Alkalimetalle (Li, K, Rb, Cs); Erdalkalimetalle (Ca, Sr, Ba); Seltene Erden (Eu, Sm, Y); Akzeptor-GIC: Halogene (Br2, Cl2) ;Metallahlogenide (FeCl3,…); Sauerstoffsäuren (H2SO4, HNO3); Oxide (N2O5, SO3,…); Graphit = Amphoter Reaktion mit Elektrondonatoren und Akzeptoren Bildung von 2 verschiedenen Charge-Transfer-Komplexen • Enoki T., Endo M., Graphite intercalationcompoundsandApplications, Oxford University Press: New York, 2003 • Stumpp E., Chemistry ofgraphiteintercalationcompoundsoftheacceptor type, Physica105B, 1981, 9-16 • M. S. Dresselhasuand G. Dresselhaus, Intercalation Compoundsof Graphite, Adv. Phys., 51, 2002, 1-186

  7. Alkalimetallgraphitverbindungen am Beispiel von Kalium KC8 KC24 • Riedel E., Janiak C., Anorganische Chemie mit DVD, 7. Auflage, Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, Berlin, 2007 • Abbildung links: Dissertation: Arthur Lovell, Tuneablegraphiteintercalatesfor hydrogen storage, September 2007 • Abbildung rechts: http://geology.com/minerals/photos/graphite-168.jpg (Stand: 31.05.2013)

  8. Struktur der Graphit-Interkalationsverbindungen (GIC) • Staging-Phänomen • ≥ Stufe 2: nur 2/3 der K-Plätze besetzt • d (C-C) = 143.1 pm  größer als in Graphit  Besetzung antibindender -Zustände • Abbildung links: http://2012books.lardbucket.org/books/general-chemistry-principles-patterns-and-applications-v1.0m/section_25/eb59f989d8512ae34d783b50b3e6a97b.jpg (Stand: 10.07.2013) • Abbildung rechts: Riedel E. Janiak C., Anorganische Chemie, 8. Auflage, Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, Berlin, 2011 • M. S. Dresselhasuand G. Dresselhaus, Intercalation Compoundsof Graphite, Adv. Phys., 51, 2002, 1-186

  9. Struktur der K-GIC´s Identifizierung der Stufe erfolgt durch Röntgendiffraktometrie(00l) IC = Identitätsperiode –> X-Ray-Diffraktion–> IC (Å) = dS + 3.35 Å(n-1); (dS = Abstand zweier einzelner Graphitschichten, die durch eine Interkalatschichtvoneinander getrennt sind) n∙λ = 2∙d∙sin(θ) • Abbildung:Purewal Justin, Hydrogen Adsorption by Alkali Metal Graphite Intercalation Compounds, Doctor Thesis, California Institute ofTechnology, Pasadena California, 2010 • Rüdorff W., Einlagerungsverbindungen mit Alkali- und Erdalkalimetallen, Angw. Chm. 71.,Nr. 15/16, 1959

  10. SyntheseAllgemeine Methoden Mehrere Methoden: • Interkalation flüssiger Interkalate • Verwendung einer Alkalimetall-Aminlösung (Donor-Interkalate) • Elektrochemisch • Gasphasentransport: Ein-Zonen Gasphasentransport Zwei-Zonen Gasphasentransport • Dissertation: Arthur Lovell, Tuneablegraphiteintercalatesfor hydrogen storage, September 2007 • M. S. Dresselhasuand G. Dresselhaus, Intercalation Compoundsof Graphite, Adv. Phys., 51, 2002, 1-186 • L. B. Ebert, Intercalation Compoundsof Graphite, Annu. Rev. Mater. Sci., 6, 1976, 181-211

  11. Synthese der Kalium-GIC´s Tg = Temperatur des Graphits Ti = Temperatur des Metalls Tg = Temperatur des Graphits Ti = Temperatur des Metalls ? Kontrolle der Stufenbildung ? Kontrolle erfolgt über die Temperaturdifferenz: Tg - Ti K-GIC: Zwei-Zonen Gasphasentransport: • Abbildung: Dissertation: Arthur Lovell, Tuneablegraphiteintercalatesfor hydrogen storage, September 2007 • Dissertation: Arthur Lovell, Tuneablegraphiteintercalatesfor hydrogen storage, September 2007 • M. S. Dresselhasuand G. Dresselhaus, Intercalation Compoundsof Graphite, Adv. Phys., 51, 2002, 1-186 • Abbildungen unten: M. S. Dresselhasuand G. Dresselhaus, Intercalation Compoundsof Graphite, Adv. Phys., 51, 2002, 1-186

  12. Elektronische Eigenschaften Donor-GIC: Zusätzliche Elektronen im Leitungsband  Erhöhung der Ladungsträgerkonzentration  Höhere elektrische Leitfähigkeit Kalium-GIC: Unvollständiger Ladungstransfer • Abbildung: Enoki T., Endo M., Graphite intercalationcompoundsandApplications, Oxford University Press: New York, 2003 • Enoki T., Endo M., Graphite intercalationcompoundsandApplications, Oxford University Press: New York, 2003 • D. D. L. Chung, Review Graphite, Journal of Materials Science, 37, 2002, 1475-1489 • H. Zabel et al., Graphite Intercalation Compounds II Transport and Electronic Properties, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 1992 • M. S. Dresselhasuand G. Dresselhaus, Intercalation Compoundsof Graphite, Adv. Phys., 51, 2002, 1-186 • C. Rigauxet al., Electronic Properties of Graphite Intercalation Compounds, Notes in Physixs Volume 152, 1982, 352-362

  13. Anwendungsgebiete von GIC´s • Hochleitende Materialien: Einlagerungsverbindungen mit Pentafluoriden (z.B.: SbF5, AsF5)  höhere Leitfähigkeit als Metallisches Kupfer • -Speicher • Batterietechnik: Li-Ionen-Akkus Anode: Li-Einlagerungsverbindung, max. 1 Li pro 6 C-Atomen Kathode: Li-Übergangsmetalloxid (LiMOx; M = Co, Ni, Mn) Reaktion: • M. Inagaki, Applicationsof Graphite Intercalation Compounds, j. Mater. Res., Vol. 4, No. 6, 1989, 1560 – 1568 • M. S. Dresselhasuand G. Dresselhaus, Intercalation Compoundsof Graphite, Adv. Phys., 51, 2002, 1-186 • E. Riedel, C. Janiak, Anorganische Chemie mit DVD, 7. Auflage, Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, Berlin, 2007

  14. Zusammenfassung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit • Interkalation = topotaktische Reaktion • Charakteristische Struktur = Staging-Phänomen • Drastische Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit im Vergleich zum nicht-interkalierten Graphit

More Related