Unsere Materialien finden sich im tern?ren Phasendiagramm M-A-Ch aus Hauptgruppenmetallen A, Nebengruppenmetallen M und Nichtmetallen Ch (meist Chalkogene Ch = O, S, Se, Te). In diesem Phasendiagramm studieren wir:

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• Elementstrukturen der V. Gruppe, v.a. des N, P, As, Sb und bin?re A-Ch-Verbindungen mit abgeleiteten Gruppe-V-Strukturen
• Tern?re M-A-Ch-Verbindungen und Funktionale Materialien wie Co₃Sn₂S₂, PtSnS, Ni₃Bi₂S₂, Ir₂Sn₃Se_# mit ?hnlichen Teilstrukturen zu Gruppe-V-Elementen
• Spezielle Funktionale Materialien, z.B. für Elektroden von Li-Ionen-Akkus wie LFP und Derivate, Thermoelektrika, topologische Materialien, Supraleiter oder Materialien für die Wasserstoff-Technologie

Die Bezeichnung Halb-Antiperowskite (HAP) wurde von R. Weihrich eingeführt, um die Verwandtschaft der Strukturen von Verbindungen der Zusammensetzung M₃-A₂-Ch₂ = M_3/2-A-Ch wie Shandit Ni₃Pb₂S₂, monokliner und kubischer Parkerite wie Ni₃Bi₂S₂ und Pd₃Bi₂S₂, sowie der orthorhombischen Varianten von Pd₃Pb₂S₂ und Pt₃Pb₂S₂ untereinander sowie zu Antiperowskiten wie dem Supraleiter Ni₃MgC und zu Oxid-Halb-Perowskiten wie Cs₂Sn₂O₃ und K₂Pb₂O₃ zu zeigen. Grundprinzip ist dabei die geordnete Besetzung ? der M-Lagen der Antiperowskite bzw. der O-Lagen der Perowskite, welche die Symmetrie der Verbindungen bestimmt. Interessanter Weise zeigen die [M₃A₂]-Teilstrukturen dabei Motive und Muster der P- und As-Strukturen. Insbesondere Arbeiten von F. Pielnhofer zeigten Wege zu neuen magnetischen und topologischen Shanditen auf.

Im System Pt-Sn-S fand R. Weihrich 2001 bei Versuchen die Verbindung Pt₃Sn₂S₂ herzustellen, dass stattdessen PtSnS auftritt. Dessen Struktur leitet sich von der des Pyrit (FeS₂ und PtP₂), bzw. NiSbS (Ullmannit) und CoAsS (Cobaltit) ab. In diesen tern?ren Pyrit-Varianten bestimmt wiederum die Ordnung von A- und Ch-Atomen in [A-Ch]-Hanteln die kubischen bzw. orthorhombischen Strukturtypen. Die A-Ch-Hanteln k?nnen dabei isoelektronisch zu homoatomaren Einheiten [S₂]₂- und [P₂]₄- sein oder auch nicht isoelektronisch. P2-Hanteln finden sich z.B. in PtP₂ oder SiP₂. Von diesen ausgehend haben wir ab 2001 verschiedene Dipnictide wie CN₂, SiN₂ und GeN₂ vorhergesagt – auch PtN₂ (erst sp?ter publiziert). In verschiedenen experimentellen und theoretischen Studien wurden diese Verbindungsklassen experimentell und mit DFT-Computer-Modellierung untersucht, wobei das Konzept der Energie-Diagramme von F. Bachhuber entwickelt wurde.?

Bei Versuchen zu Co₃Sn₂S₂ isoelektronische Shandite herzustellen, wurden auch Rh₃Sn₂S₂ und Rh₃Sn₂Se₂ studiert. Dagegen konnten bisher keine Ir-Shandite hergestellt werden. Stattdessen wurden die Verbindungen Ir2Sn3S3, Ir2Sn3Se3 und Ir₂Sn₃Te₃ erhalten. Yan konnte zeigen, dass sie geordnete Struktur-Varianten des Skutterudits CoAs₃ = Co₂As₃As₃ darstellen, welche zu den [As₄]₄^- Einheiten isoelektronische [Sn₂Ch₂]_4- Ringe enthalten.

Im Rahmen des SPP1415 haben wir uns gemeinsam mit den Gruppen von Prof. Nilges und Prof. Schmid intensiv mit den Elementstrukturen des P und As, sowie gemischter Phasen P_1-xAs_x auseinandergesetzt. Ausl?ser waren die Entdeckungen neuer tubul?rer P-Allotrope durch Prof. Pfitzner (Regensburg) und Prof. Ruck (Dresden), sowie die Entwicklung einer erfolgreichen Gasphasenabscheidung von schwarzem Phosphor durch Prof. Nilges (TUM), welche die Folgeforschung an ein- und Mehrfach-Schichtsystemen des schwarzen Phosphors (?Phosphoren“ in Analogie zu Graphen) erm?glichte. Untersucht wurden von uns experimentell und mit DFT-Modellierung Fragen der Stabilit?t der neuen Allotrope und festen L?sungen P-As, sowie nach einem ?schwarzen Arsen“ welche u.a. in mehreren Angewandte-Publikationen behandelt wurden.

In einem Kooperationsprojekt mit Süd-Chemie studierten wir Olivine als Elektrodenmaterialien. Süd-Chemie hatte schon 2010 technische Prozesse zur Herstellung von LFP (LiFePO₄) v.a. die von Dr. Schall geleitet wurden. In einem gemeinsamen Projekt studierten wir M?glichkeiten zur Herstellung von Hochvolt-Li-Ionen-Akkus (4,5 bis 5,1 V) mit Elektroden aus LiCoPO₄ und LiNiPO₄. S. Rommel konnte hier verschiedene Synthese-Wege entwickeln. Das Interesse an LiNiPO₄ nimmt seit Jahren wieder zu, da neue Elektrolyte entwickelt werden, welche Spannungen von 5 V aushalten sollen.

Das h?rteste bisher bekannte Material ist Diamant, welcher aber bei hohen Temperaturen verbrennt oder mit Eisen reagieren kann. Weniger hart ist BN, jedoch chemisch inerter. Basierend auf Vorhersagen von Li und Cohen zu C₃N₄ studieren wir daher Verbindungen im tern?ren Phasendiagramm B-C-N. Hieraus wurden CN₂, SiN₂ und GeN₂ vorhergesagt. Pyritartiges CN₂ ist nach neueren Berechnungen das dritt-h?rteste Material nach Diamant und C₃N₄. GeN2 konnte 17 Jahre nach unserer Vorhersage in Japan von Niewa et al. hergestellt werden.