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Einlagerungsverbindung von Chalkogeniden

Yoolim Kim06.07.10

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Gliederung

1. Einleitung- Definition: Interkalation- Motivation

2. Interkalation von Chalkogenidverbindungen

3. Zusammenfassung4. Literatur

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1. Einleitung

1.1 Definition: Interkalation?

Die Einlagerung von Molekülen, Ionen in chemischen Schichtverbindungen.

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1. Einleitung

1.2 Motivation• Wichtige Eigenschaften der Interkaltionsreaktion

- Topotaktische Reaktion → neu stabile und metastabile Verbindungen mit modifizierten physikalischen

Eingenschaften → Die technische Umseztung der Ergebnisse im Gebiet der Elektonen-/Ionenleiter.

- Ionentransportmechanismen → Bsp.für gemischte Ionen-und Elektronenleiter

→ Der Einlagerungsprozeß entweder auf chem. oder eleltrochem. Wege → Anwendung: eine Li-Batterie (eine Akkumulationsbatterie)

- Anisotrope Bindungsverhalten → Der zweidimensionale charakter → Die Schichten in den Verbindungen leicht verschiebbar → Anwendung : Schmiermittel

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1. Einleitung

1.3 Bsp. für Interkalierbare Schichtverbindungen

Basistext chemie, Anorganische Materialien, Mark T.Weller

Schichtverbindung(Wirtsgitter) Schichttyp

Graphit, Oxychloride, ÜM-Disulfide, Kaolinit

Ohne Ladung

LiCoO₂, Tonminerale,Titanate und Niobate, Zirconiumhydrogenphosphat

Negativ geladene Schichten

Hydrotalcite,Brucit Positiv geladene Schichten

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1. Einleitung

• 1.4 Schichtverbindungen (Wirtsgitter)

Man unterscheidet Wirtsgitter:

- Wirtsgitter, die Nichtleiter sind ,deren effektive Ladung bei Einlagerungsreaktion konstant bleibt.

- Elektronisch leitende Wirtsgitter, deren effektive Ladung sich duch Einlagerung verändern lässt.

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2. Interkalation von Chalkogenidverbindungen

2.1 Chalkogenide Schichtverbindungen(MX₂) Oktaederisch Trogonal-prismatisch

D.F.Shriver, P.W.Atkins C.H.Langford, Andorganische Chemie

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2. Interkalation von Chalkogenidverbindungen

2.1 Chalkogenide Schichtverbindungen(MX₂)

Oktaedrisch

M(Ü.metalle) =Ta,Ti,Zr,Hf ∙∙∙ X(Chalkogenide) =S,Se,Te

Trigonal prismatisch

M(Ü.Metalle) =Mo,W,Nb X(Chalkogenide) =S,Se

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2. Interkalation von Chalkogenidverbindungen

2.2 Stapelung der Schichten Oktaderisch Trigonal prismatisch

Physica 99 B (1980) 3-11 ,Structural Chemistry of layered materials and their intercalates

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2. Interkalation von Chalkogenidverbindungen

2.2 Stapelung der Schichten-Polytypen (nach Ramsdellsch’e Nomenklatur)

L.S.Ramsdell, Am.Mineralogist 32 (1947)64Physica 99B (1980)3-11,Structural chemistry of layered materials and their intercalates

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2. Interkalation von Chalkogenidverbindungen

2.3 Bändermodell

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2. Interkalation von Chalkogenidverbindungen

2.4 Bändermodell von Metalldichalkogeniden

Allgemein Oktaedrisch Trigonal-prismatisch

D.F.Shriver,P.W.Atkins,C.H.Langford, Anorganische Chemie

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2. Interkalation von Chalkogenidverbindungen

2.5 Gäste Moleküle

- Metall-Ionen- Sovatisierte Ionen (OH- )- molekulare Ionen (NH₃,H₂O)

Basistext chemie, Anorganische Materialien, Mark T.WellerIntercalation Chemistry,Electron/Ion Transfer Reactions

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2. Interkalation von Chalkogenidverbindungen

2.6 Elektronentransferschema

Progress in Intercalation Research,W.Müller-Warmuth and R.Schöllhorn

Ein reversibler Elektronenaustausch auf einem geeigneten Energieniveau der elektronischen Bänderstruktur des Wirtes

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2. Interkalation von Chalkogenidverbindungen

2.7 Interkalierte Chalkogenidverbindungen

Bsp. LiTiS₂- Eine oktaderische Struktur

- Synthese über dieelektrochemische MethodeAnode: Li → Li† + eKathode: TiS₂ + Li† +e → LiTiS₂

- Anwendung: Batterie

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3. Zusammenfassung

• InterkalationEine Einlagerungsreaktion von Gästen in die Schichtverbindung

• Chalkogenidschichtverbindung(Wirtsgitter,MX₂)BSp. TaS₂(Oktaedrische Struktur, Leiter), MoS2(Trigonal-prismatische,

Halbleiter)

• Gäste MoleküleAlkalimetalle, Amine und elektronenreiche Übergangsmetall-Komplexe

• Interkalierte ChalkogenidverbindungBsp. LiTiS₂ (Batterie)

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Vielen Dank für die Aufmersamkeit!

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4. Literaturen• Basistext chemie AC Materialien, Mark T. Weller• Progress in Intercalation Resarch, W.Müller.Warmath,R-Schöllhorn• D.F.Shriver,P.W.Atkins,C.H.Langfortd, AC• Antohny R.West, Solid State chemistry and its Applications• J.Heck,W.kaim, M.Weidenbruch, AC,

D.F.shriver,P.w.Atkins,C.H.Langford• Understanding Batteries,R.M.Dell and D.A.J.Rand• Structural chemistry of layered materials and their

intercalates,Jean Rouxel• Electron/Ion-Transfer reactions of solids with different lattice

dimensionality, R.Schöllhorn• The Lithium intercalates of ther tranition metal dichalcogenides,

M.Stanley Whittingham and Fred R.Gamble Jr• Solid State chemistry compounds,A.K.cheetham and Peter Day