Wasserstoffchemisorption an einfachen Metallclustern - KOPS ...

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Wasserstoffchemisorption an einfachen Metallclustern - KOPS ...

1. Einführung und Motivation

Verbindungen von Wasserstoff mit Metallen spielen eine große Rolle für wichtige industri-

elle Prozesse: Die Reduktion von Metallen zur Entschwefelung oder Deoxidation; die ka-

talytischen Fähigkeiten von Metallhydriden wie PdH oder Verbindungen der Form LnM5

aus den Lanthanoiden und Metallen wie Ni, Co, Fe, Cr, Pd, Cu oder Ag; die Fähigkeit von

Metallen und ihren Verbindungen, zum Beispiel LiBH4 zur Wasserstoffspeicherung hat

durch den zunehmenden Trend alternative Energieformen zu entwickeln, an Bedeutung

gewonnen. Aber auch ungewünschte Effekte treten beim Aufeinandertreffen von Wasser-

stoff mit Metallen auf, wie die Versprödung durch Einlagerung des H2 in das Kristallgitter

des Metalls [1–3].

Wasserstoff ist das „einfachste“ Element des Periodensystems. Der Kern besteht aus einem

Proton dessen Ladung durch ein Elektron kompensiert wird. Es liegt als geruchloses mole-

kulares Gas unter Normbedingungen vor. Elektronisch ergibt sich für das einzelne Elektron

ein 1s-Orbital. Obwohl das 1s-Orbital eine Einordnung in die erste Hauptgruppe ermög-

licht, wird es chemisch als „gruppenfrei“ bezeichnet, da seine Eigenschaften erheblich von

denen anderer Elemente abweichen. Die erste Hauptgruppe besteht aus den Alkalimetal-

len, deren einziges Valenzelektron sich ebenfalls jeweils in einem s-Orbital befindet.

Da es Hinweise auf eine metallisch Phase des reinen Wasserstoffs gibt [4, 5], und eini-

ge Übergangsmetalle metallische Bindungen mit Wasserstoff eingehen (siehe Abb. 2.1 in

Kap. 2.1), stellt sich die Frage nach weiteren metallischen Bindungen des Wasserstoffs.

Die metallische Phase des Wasserstoffs konnte experimentell mittels der kurzzeitigen Er-

zeugung extrem hoher Drücke 140GPa nachgewiesen werden [6–8]. In der Astrophysik

wird eine metallische Phase im Innern von Jupiter vermutet, die sich aus einer Berechnung

der Radien und der Masse des Planeten ergibt (siehe 1.1) [9].

Für die Münzmetalle, Kupfer, Silber und Gold ist nur das Kupferhydrid als Verbindung

bekannt. Physisorbtion an deren Oberflächen konnte bei tiefen Temperaturen 150K teil-

weise beobachtet werden.

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