Solvothermalsynthese - Fachrichtung Chemie und ...

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Solvothermalsynthese - Fachrichtung Chemie und ...

Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften Fachrichtung Chemie und Lebensmittelchemie, Professur für Anorganische Chemie II

Solvothermalsynthese

Ein Vortrag von

Stefanie Albrecht

Michelle Wöllner

Dresden, 27.04.2012


1. Allgemeines zur Solvothermalsynthese

2. Hydrothermalsynthese

3. Ammonothermalsynthese

4. Solvothermalsynthesen in anderen Medien

5. Synthesebeispiel: Schwingquarz

6. Zusammenfassung

Gliederung

TU Dresden, 27.04.2012 Solvothermalsynthese Folie 2


Definition

1. Allgemeines

Die Solvothermalsynthese ist eine heterogene Synthese- oder

Reinigungsmethode, bei der ein ausgewähltes Edukt in einem

flüssigen Medium bei hohem Druck und hoher Temperatur in

einem Autoklaven umgesetzt wird.

Lösungsmittel

• H 2O (Hydrothermalsynthese)

• NH 3 (Ammonothermalsynthese)

• CO 2, CS 2, H 2S, MeOH, EtOH, HX (X = F, Cl, Br)

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Autoklav

1 Glasampulle mit Edukt und

Lösungmittel

2 Gasraum

3 Überwurfmutter

4 Verschlusskegel

Riedel, E.; Janiak, C. Moderne Anorganische Chemie. 2. Auflage, Gruyter-Verlag, Berlin, 2007.

1. Allgemeines

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Reaktionsablauf

• Isothermal (selten)

• Temperaturgradient � thermische Konvektion

Mineralisatoren

• Steigerung der Löslichkeit

1. Allgemeines

• z.B. schwache Säuren/Basen, leicht komplexbildende

Stoffe

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Wasser als Reaktionsmedium

• Zunahme, des Ionenprodukts mit

steigender Temperatur

T in °C p in bar -log(KW)

25 1 14,0

250 1 11,2

800 10000 7,7

• Abnahme von ρ, η und ε mit

steigender Temperatur

� Hydrolyse Reaktionen laufen

bevorzugt ab

2. Hydrothermalsynthese

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Methoden der Hydrothermalsynthese

2. Hydrothermalsynthese

• Mindestlöslichkeit der schwerlöslichen Komponente von

2 – 5 % notwendig, Zugabe einer leicht löslichen Verbindung

• Temperaturgradientmethode, Temperaturabsenkungsmethode

• Ausrichtung des Autoklaven (Vertikal/Horizontal)

Rabenau, A. Angewandte Chemie.

1985. 97 (12). 1025.

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Beispiele für hydrothermale Reaktionen

• Synthese von magnetischen Oxiden

• Synthese von mesoporösen

Nanopartikeln und Metalloxiden

• Synthese von künstlichen Edelsteinen

Smaragde, Rubin, Amethyst…

2. Hydrothermalsynthese

Hayashi H. Materials. 2010. 3.

3794 - 3817.

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NH 3 als Reaktionsmedium

• ε(NH 3) < ε(H 2O)

• Typischer Arbeitsbereich

200 – 500 °C, bis zu 6 kbar

• Darstellung binärer und

ternärer Amide, Imine und

Nitride

• Aktuelles

Forschungsbeispiel:

Darstellung von GaN

3. Ammonothermalsynthese

Rabenau, A. Angewandte Chemie. 1985. 97

(12). 1025.

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Reaktionsbeispiele

• Darstellung von Chalkogenid-

Halogeniden in MeOH oder

Halogenwasserstoffsäuren

• Gewinnung von unterschiedlichen

Selenmodifikationen in CS 2 und

anderen Lösungsmitteln

Ding, Y. Journal of Crystal growth. 2002. 241. 489 -497.

4. Solvothermalsynthesen in

anderen Medien

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Aufbau

5. Synthesebeispiel: Schwingquarz

vertikaler Autoklav

Wachstumsrate: 0,2 – 1 mm/Tag

Kristallisation an Impfkristall

(380 °C)

Wärmekonvektion

Schubert, U.; Hüsinger, N. Synthesis of Inorganic Material. 2000

übersättigte Lösung von Naturquarz

in NaOH (400 °C, 100 – 200 MPa)

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Vergleich

5. Synthesebeispiel: Schwingquarz

natürlicher Bergkristall (links) und synthetischer Schwingquarz (rechts)

http://www.steinwelt.de/Bergkristall-Spitze.jpg http://schmuckstein-shop.de/media/images/popup/Piezo.JPG

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Vorteile gegenüber anderen Prozessen

6. Zusammenfassung

• Synthese von hochreinen Einkristallen und metastabilen

Verbindungen

• Synthese von Verbindungen in ungewöhnlichen

Oxidationsstufen

• Geringer Zeitaufwand

• Relativ milde Reaktionsbedingungen

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Quellenverzeichnis

[1] Rabenau, A. Angewandte Chemie. 1985. 97 (12). 1017 – 1032.

[2] Wachhold, M.; Scheldrick, W. S. Angewandte Chemie. 1997. 109.

214 234.

[3] Neubig, B.; Briese, W. Das große Quarzkochbuch. Franzis-Verlag,

Feldkirchen. 1997.

[4] Müller, U. Anorganische Strukturchemie. 5. Auflage, Teubner-

Verlag, Wiesbaden. 2006.

[5] Hayashi H. Materials. 2010. 3. 3794 - 3817.

[6] Haschimoto T. naturematerials. 2007. 6. 568 – 571.

[7] Riedel, E. Moderne Anorganische Chemie. 3. Auflage, Walter de

Gruyter, Berlin. 1999.

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