Synthese, Strukturchemie und Leitfähigkeitsmessungen neuer Natriumionenleiter

URN to cite this document:: urn:nbn:de:bvb:355-epub-436206
DOI to cite this document:: 10.5283/epub.43620

Klimas, Christian

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Dissertation Christian Klimas, Juli 2020; Synthese, Strukturchemie und Leitfähigkeitsmessungen neuer Natriumionenleiter
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Date of publication of this fulltext: 23 Aug 2022 07:42

Details

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	23 August 2022
Referee:	Prof. Dr. Arno Pfitzner
Date of exam:	12 August 2020
Institutions:	Chemistry and Pharmacy > Institut für Anorganische Chemie > Chair Prof. Dr. Arno Pfitzner
Keywords:	Natriumionenleiter, Impedanzspektroskopie, Strukturchemie
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 540 Chemistry & allied sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	43620

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Abstract (German)

Abstract (German)

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Darstellung, Strukturchemie und Leitfähigkeitsmessungen kristalliner Natriumverbindungen. Es wurden sowohl neue als auch literaturbekannte Verbindungen dargestellt und untersucht.
Ein Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Darstellung und Strukturuntersuchungen neuer schichtartiger Natrium-Germanium-Arsenide, deren Struktur eng mit der Struktur von binärem GeAs verwandt ist. Es wurden die Verbindung Na0.5GeAs (Na3Ge6As6) und die Verbindung Na0.056GeAs in zwei Modifikationen (mC50 (Na0.169Ge3As3), mC74 (Na0.5Ge9As9) dargestellt und deren Struktur untersucht. Die dargestellten Natrium-Germanium-Arsenide kristallisieren in der monoklinen Raumgruppe C2/m (Nr.12). Bandstrukturrechnung zu Na0.5GeAs (Na3Ge6As6) zeigen, dass sich durch die Interkalation von Natrium zwischen die GeAs-Schichten das Fermi-Niveau in das Leitungsband verschiebt und der metallische Charakter der Verbindung zunimmt.
In einem weiteren Teil der Arbeit wird die Synthese, Strukturchemie und das Leitfähigkeitsverhalten zweier neuer kanalbildender Natrium-Germanium-Arsenide aufgezeigt. Dabei handelt es ich um die Verbindungen Na2Ge7As7 und NaGe3As3. Die Verbindung Na2Ge7As7 kristallisiert in der orthorhombischen Raumgruppe Pnnm (Nr. 58), die Verbindung NaGe3As3 hingegen in der Raumgruppe Cmc21. In diesem Teil wird der Weg zur Strukturfindung der beiden Verbindungen mittels einer Kombination aus Einkristalldiffraktometrie, EDX-Analyse und DFT-Rechnungen geschildert. Ferner wurden bei beiden Verbindungen halbleitende Eigenschaften bestimmt.
Ferner wird die Synthese, die Strukturchemie und das Leitfähigkeitsverhalten der Verbindung NaSi3As3 beschrieben. Die Verbindung wurde bereits vor dieser Arbeit in der Literatur erwähnt, jedoch waren keinerlei Daten bekannt. Die Verbindung NaSi3As3 kristallisiert in der orthorhombischen Raumgruppe Pbam (Nr. 55). Wie Leitfähigkeitsmessungen zeigten, handelt es sich um eine ionenleitende Verbindung.
Ein weiterer Abschnitt dieser Arbeit beschreibt die Synthese, Strukturchemie und das Leitfähigkeitsverhalten der beiden Verbindungen Na8GeAs4 und Na8SnAs4. Beide Verbindungen kristallisieren in der kubischen Raumgruppe Fd-3m und zeigen halbleitende Eigenschaften. Hauptstrukturmerkmal beider Verbindungen sind durch Natrium isolierte TtAs4-Tetraeder (Tt = Ge, As).
Der letzte Teil dieser Arbeit behandelt die Darstellung und Charakterisierung der neuen Natriumarsenidosilicate Na25Si39As55 und NaSi2As3. Na25Si39As55 kristallisiert in der monoklinen Raumgruppe C2/c wohingegen NaSi2As3 in der tetragonalen Raumgruppe I41/a (Nr. 88) kristallisiert. In beiden Verbindungen kann die Bildung von interpenetrierenden Netzwerken bestehend aus Supertetraedern beobachtet werden. Untersuchungen bzgl. des Leitfähigkeitsverhaltens von Na25Si39As55 zeigen, dass es sich um eine ionenleitende Verbindung handelt.

Translation of the abstract (English)

This thesis deals with the synthesis, structural chemistry and conductivity measurements of crystalline sodium compounds. Both new and well-known compounds were synthesized and investigated.
One part of the work deals with the synthesis and structural studies of new layer-like sodium-germanium-arsenides, the structure of which is closely related to the structure of binary GeAs. The synthesis and the structure of Na0.5GeAs (Na3Ge6As6) and of the two modifications of Na0.056GeAs (mC50 (Na0.169Ge3As3), mC74 (Na0.5Ge9As9)) are presented. The new sodium-germanium-arsenides crystallize in the monoclinic space group C2/m (No.12). Band structure calculations on Na0.5GeAs (Na3Ge6As6) show that the intercalation of sodium between the GeAs layers shifts the Fermi level into the conduction band and increases the metallic character of the compound.
In a further part of the work, the synthesis, structural chemistry and conductivity behavior of two new channel-forming sodium germanium arsenides are shown. These are Na2Ge7As7 and NaGe3As3, respectively. The compound Na2Ge7As7 crystallizes in the orthorhombic space group Pnnm (No. 58), while NaGe3As3 crystallizes in the space group Cmc21. In this part, the way to the structure of the two compounds is described by means of a combination of single crystal diffractometry, EDX analysis and DFT calculations. In addition, semiconducting properties were determined for both compounds.
Furthermore, the synthesis, structural chemistry and conductivity behavior of the compound NaSi3As3 is described. NaSi3As3 was mentioned in the literature before this work, but no data were published. The compound NaSi3As3 crystallizes in the orthorhombic space group Pbam (No. 55). As conductivity measurements have shown, it is an ion-conducting compound.
A further section of this work describes the synthesis, structural chemistry and conductivity behavior of Na8GeAs4 and Na8SnAs4. Both compounds crystallize in the cubic space group Fd-3m and show semiconducting properties. The main structural characteristic of both compounds is TtAs4 tetrahedrons (Tt = Ge, As) separated by sodium atoms.
The last part of this work deals with the synthesis and characterization of the new sodiumarsenidosilicates Na25Si39As55 and NaSi2As3. Na25Si39As55 crystallizes in the monoclinic space group C2/c, whereas NaSi2As3 crystallizes in the tetragonal space group I41/a (No. 88). In both compounds, the formation of interpenetrating networks consisting of supertetrahedrons can be observed. Studies regarding the conductivity behavior of Na25Si39As55 show that it is an ion-conducting compound.

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