Die Zugabe eines Flussmittels während der Synthese von Oxyhydriden ist eine vielversprechende Strategie, um ein reines, homogenes Produkt zu erhalten, verraten Wissenschaftler von Tokyo Tech.
Ein SrCl2-Flussmittel förderte das Schmelzen eines Teils der Reaktanten und erleichterte deren Diffusion, was sich als Schlüssel zur Herstellung hochreiner SrVO2.4H0.6- oder Sr3V2O6.2H0.8-Perowskitoxyhydride in Hochdruck- und Hochtemperaturreaktionen erwies. Diese Verbindungen haben Potenzial als Katalysatoren und als Elektrodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien.
Perowskit-Oxyhydride mit Oxid- (O2–) und Hydrid- (H–) Anionen sind vielversprechende Verbindungen mit Anwendungen in katalytischen Systemen und Batterien. Leider ist die Synthese von Oxyhydriden meist eine große Herausforderung, vor allem aufgrund der hohen Reaktivität der H–-Anionen.
Es war bekannt, dass Hochdruck- und Hochtemperaturreaktionen wirksam zur Synthese von Oxyhydriden sind. Beispielsweise kann Sr2VO4–xHx-Perowskit direkt aus Oxid- und Hydridvorläufern in Hochdruck- und Hochtemperaturreaktionen synthetisiert werden.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Reaktionen besteht darin, dass der H–-Gehalt im Endprodukt durch Anpassung der Zusammensetzung und des Verhältnisses der Vorläufer eingestellt werden kann. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass auch die elektronischen und magnetischen Eigenschaften des Produkts anpassbar sind.
Im Gegensatz zu Sr2VO4–xHx erweist sich die Synthese von SrVO3–xHx als wesentlich schwieriger, da die notwendigen Hochdruck- und Hochtemperaturreaktionen zur Bildung mehrerer Verunreinigungen und inhomogener Produkte führen, hauptsächlich aufgrund einer unzureichenden Diffusion der festen Komponenten.
In einer aktuellen Studie veröffentlicht in Zeitschrift der American Chemical Societyhat ein Forschungsteam unter der Leitung von außerordentlichem Professor Takafumi Yamamoto vom Institut für innovative Forschung am Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) eine Lösung für dieses Problem gefunden. Sie entwickelten einen neuartigen Ansatz zur Synthese hochreiner SrVO2.4H0.6 und Sr3V2O6.2H0.8, zweier neuer Perowskit-Oxyhydride. Diese Studie wurde im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojekts mit den National Institutes for Quantum Science and Technology, Japan, durchgeführt.
Die Forscher begannen mit SrO, SrH2 und V2O3 und fügten diesen Reaktanten SrCl2 hinzu. Sie beobachteten die Unterschiede in der Zusammensetzung von Proben, die unter verschiedenen Bedingungen mithilfe einer Technik namens In-situ-Synchrotron-Röntgenbeugung hergestellt wurden, und gaben Aufschluss über die Rolle von SrCl2 in der Reaktion. Bei einer hohen Temperatur von 1200 °C und einem hohen Druck von 2 GPa fungierte es als Flussmittel, das das Schmelzen und Auflösen eines Teils der Reaktanten erleichterte und so die Diffusion förderte.
Dadurch gelang es den Forschern, die Entwicklung inhomogener Produkte zu unterdrücken, die typischerweise aufgrund unzureichender Diffusion auftreten, und so hochreine SrVO2.4H0.6- oder Sr3V2O6.2H0.8-Perowskitoxyhydride zu erhalten.
Darüber hinaus analysierte das Team die elektrochemischen Eigenschaften der hergestellten Perowskit-Oxyhydride als Elektrodenmaterial. „Mit niedrigem Arbeitspotential, ausgezeichneter Reversibilität und Hochgeschwindigkeitseigenschaften könnte SrVO3–xHx als negative Elektrode für Lithium-Ionen-Batterien geeignet sein, eine Premiere für Oxyhydride“, sagt Dr. Yamamoto.
Insgesamt könnte die Verwendung eines Flussmittels zur Beschleunigung der gewünschten Reaktionswege bei Hochdruck- und Hochtemperaturreaktionen eine wirkungsvolle Strategie sein, um eine Vielzahl neuer Verbindungen über Perowskitoxyhydride hinaus zu erschließen. Dr. Yamamoto sagt: „Der vorgeschlagene Syntheseansatz wäre auch bei der Synthese verschiedener Arten von Mehrkomponentensystemen wirksam.“
Mehr Informationen:
Selektive Synthese von Perowskit-Oxyhydriden mithilfe einer Hochdruckflussmethode, Zeitschrift der American Chemical Society (2023). DOI: 10.1021/jacs.3c02240