Wasserstoffchemisorption an einfachen Metallclustern - KOPS ...

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Wasserstoffchemisorption an einfachen Metallclustern - KOPS ...

2. Stand der Forschung

Erdalkalimetallen (EN ≈ 1,0) zustande. Der Wasserstoff fungiert dabei als halogen-

artiger Bindungspartner wie mittels Röntgenbeugung gezeigt werden kann [13]. Be-

ryllium mit seiner etwas höheren EN von 1,5 bildet eine Ausnahme, da das Hydrid

kovalent bindet [14].

• c) Metallische Bindungen mit Wasserstoff gehen Elemente der Gruppe 3 bis 6, der

Nickelgruppe sowie die Lantanoide und Actinoide ein. Sie behalten ihre metalli-

schen Eigenschaften größtenteils bei, sind aber brüchig und spröde. Es kommt teil-

weise zu Änderungen der Kristallstruktur und / oder zur Änderung der Bindungs-

länge [1].

Für die metallische Bindung zwischen Wasserstoff und den oben genannten Metal-

len existieren drei Erklärungsmodelle: eine erste Erklärung ist die Bildung einer Le-

gierung zwischen Metall und Wasserstoff. Dabei geht das H-Elektron in das d-Band

des Metalls und der Kern belegt einen Gitterplatz im neu geschaffenen Hydrid, ein

Beispiel wäre PdH [14]. Ein zweites Modell geht von kovalent gebundenen, deloka-

lisierten Wasserstoffatomen aus. Dies legen beobachtete Kernabstände und Kristall-

strukturen zum Beispiel von V Hx nahe [15]. Ein drittes Modell für die metallische

Bindung geht vom umgekehrten Fall des ersten Modells aus: der Wasserstoff wird

Anionisch durch die Aufnahme eines Elektrons des Metalls. Durch Röntgenbeugung

wurden M− H Abstände gemessen und konnten dieses Modell für die Lanthanoide

und Actinoide bestätigen [14].

2.1.2. Oberflächenhydride

Die grundsätzlichen Mechanismen der Adsorption und Chemisorption an Oberflächen gel-

ten auch für Metall-Wasserstoffsysteme:

Für größere Abstände des gasförmigen Adsorbtivs vom Substrat gilt die flache Potenti-

alkurve der Physisorption. Diese Anziehung bis ca. 0,4 eV Bindungsenergie wird durch

van-der-Waals-Kräfte bewirkt. Sie ist reversibel und hat eine kleine Adsorptionsenthalpie.

Nähert sich der Wasserstoff dem Substrat weiter an, kommt es in einigen Fällen zur Che-

misorption also einer chemischen Bindung von der ab ca. 0,4 eV Adsorptionsenthalpie

gesprochen wird. Ein Eindringen in den Festkörper ist über Suboberflächenzustände bis

zur vollständigen „Lösung“ des Wasserstoffs im Festkörper möglich (siehe Abb. 2.2).

Eine einfache thermodynamische Erklärung für die Bildung von Oberflächenhydriden,

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