DE3934351A1

DE3934351A1 - Verfahren zur herstellung von mikrokristallinen bis amorphen metall- bzw. legierungspulvern und ohne schutzkolloid in organischen solventien geloesten metallen bzw. legierungen

Info

Publication number: DE3934351A1
Application number: DE3934351A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Boennemann; Werner Dr Ing Dr Brijoux; Thomas Dipl Chem Joussen
Original assignee: Studiengesellschaft Kohle gGmbH
Current assignee: Studiengesellschaft Kohle gGmbH
Priority date: 1989-10-14
Filing date: 1989-10-14
Publication date: 1991-04-18
Also published as: IE903660A1; DK0423627T3; US5580492A; IE67173B1; DE59008929D1; ATE121330T1; CA2027257C; JPH03134106A; CA2027257A1; EP0423627B1; US5308377A; EP0423627A1; ES2070970T3

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von feinverteilten, mikrokristallinen bis amorphen Metall- bzw. Legierungspulvern oder hochdispersen Kol loiden durch Reduktion von Metallsalzen mit Alkali- oder Erdalkalimetallhydriden, die mittels spezieller Komplexbildner in organischen Solventien in Lösung gehalten werden. Beansprucht wird ferner die Anwendung der erfindungsgemäß hergestellten Pulver in der Pulvertechnologie (Ullmanns Encycl. Techn. Chemie, 4. Aufl. Bd. 19, S. 563) oder als Katalysatoren in reiner oder geträgerter Form (Ullmanns Encycl. Techn. Chemie, 9. Auflage, Bd. 13., S. 517; ferner: Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 19, S. 28 f.). Die erfindungsgemäß hergestellten Kolloide lassen sich verwenden, um Metalle in Form feiner Clusterpartikel auf Oberflächen aufzubringen (J. S. Bradley, E. Hill, M. E. Leonowicz, H. J. Witzke, J. Mol. Catal. 1987, 41, 59 und dort zit. Lit.) oder als homogene Katalysatoren einsetzen. (J. P. Picard, J. Dunogues, A. Elyusufi, Synth. Commun. 1984, 14, 95; F. Freeman, J. C. Kappos, J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 6628; W. F. Maier, S. J. Chettle, R. S. Rai, G. Thomas, J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 2608; P. L. Burk, R. L. Pruett, K. S. Campo, J. Mol. Catal. 1985, 33, 1).

Neuere Methoden zur Darstellung feinster Metallpartikel bestehen in der Metallver dampfung (S. C. Davis und K. J. Klabunde, Chem. Rev. 1982, 82, 153-208), elektrolytischen Verfahren (N. Ibl, Chem. Ing.-Techn. 1964. 36, 601-609) sowie der Reduktion von Metallhalogeniden mit Alkalimetallen (R. D. Rieke, Organometallics, 1983, 2, 377) oder anthracenaktiviertem Magnesium (DE 35 41 633). Bekannt ist ferner die Reduktion von Metallsalzen mit Alkalimetallborhydriden in wäßriger Phase zu Metall boriden (N. N. Greewood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, Pergamon Press 1986, S. 190). Die Korrektion von Eisen- und Cobaltsalzen in Wasser führt zu einer Fe/Co/B-Legierung der Zusammensetzung Fe₄₄Co₁₉B₃₇ (J. v. Wonterghem, St. Morup, C. J. W. Koch, St. W. Charles, St. Wells, Nature, 1986, 322, 622).

Es wurde nun überraschend gefunden, daß sich Metallhydride der ersten oder zweiten Hauptgruppe PSE mit Hilfe von bor- bzw. galliumorganischen Komplexbildnern in organischer Phase als Reduktionsmittel für Metallsalze einsetzen lassen, wobei borid- bzw. galliumfreie Metalle oder Metallegierungen in Pulver- oder kolloidaler Form erhalten werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß der Reduktionsprozeß unter sehr milden Bedingungen (-30°C bis +150°C) in organischen Solventien durch geführt werden kann, ferner in der guten Abtrennbarkeit der Metall- bzw. Legierungs pulver von den in der Regel löslichen Nebenprodukten, sowie in der Mikrokristallinität der Pulver und der Tatsache, daß sich die Teilchengrößenverteilung in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur steuern läßt. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß unter bestimmten Voraussetzungen (Einsatz von Donator-Metallsalzkomplexen und/oder Ammoni umtriorganohydroboraten) ohne Zusatz weiterer Schutzkolloide in Ethern oder sogar reinen Kohlenwasserstoffen kolloidale Lösungen von Metallen bzw. Legierungen erhalten werden.

Als Metalle der Metallsalze werden bevorzugt die Elmente der Gruppen IVA, IB, IIB, VB, VIB, VIIB und VIIIB des PSE eingesetzt. Beispiele von Metallen der genannten Gruppen des PSE sind Sn, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Ta, Cr, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt.

Als Metallsalze bzw. -verbindungen verwendet man solche, die entweder anorganische oder organische Anionen erhalten, vorzugsweise jene, die in den als Lösungsmittel ver wendeten Systemen solvatisiert werden wie Hydroxide, Halogenide, Cyanide, Cyanate, Thiocyanate sowie Alkoholate und Salze organischer Säuren. Als Reduktionsmittel verwen det man Metallhydride der allgemeinen Formel MH_x (x=1,2) der 1. bzw. 2. Gruppe des PSE, welche mit einem Komplexbildner der allgemeinen Formel BR₃, BR_n(OR′)_3-n bzw. GaR₃, GaR_n(OR′)_3-n (R,R′=Alkyl C₁ bis C₆, Phenyl, Aralkyl; n=0,1,2) umgesetzt sind (R. Köster in: Methoden der Organischen Chemie (Houben-Weyl-Müller) 4. Aufl., Bd. XIII/3b, S. 798 ff., Thieme, Stuttgart 1983). Soweit sie nicht ihrerseits mit Metall hydriden reagieren, eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren alle Arten organischer Solventien, z. B. Ether, Aliphaten, Aromaten sowie Mischungen verschiedener Lösungsmit tel. Die Umsetzung der Metallhydride mit den Komplexbildnern zwecks Solvatisierung in organischen Lösungsmitteln kann erfindungsgemäß mit besonderem Vorteil in situ, ggf. unter Einsatz eines stöchiometrischen Unterschusses an Komplexbildner, durchgeführt wer den.

Während der Umsetzung der Metallsalze gehen die komplexgebundenen Hydride in Salze vom Typ M(Anion)_x (M=Ammonium-, Alkali- oder Erdalkalikation; x=1,2) über. M-Hydroxide, -Alkoholate, -Cyanide, -Cyanate und -Thiocyanate bilden mit den bor- und galliumorganischen Komplexbildnern in organischen Solventien lösliche -at-Komplexe vom Typ M[BR₃(Anion)], M[BR_n(OR′)_3-n(Anion)] bzw. M[GaR₃(Anion)], M[GaR_n(OR′)_3-n(Anion)]. Da die Umsetzungsprodukte der Hydride vermöge dieser -at-Komplexbildung in Lösung bleiben, läßt sich erfindungsgemäß nach Beendigung der Reaktion das Metall- bzw. Legierungspulver mit besonderem Vorteil durch einfache Filtra tion von der klaren organischen Lösung in reiner Form isolieren. M-Halogenide bilden im Zuge der erfindungsgemäßen Umsetzung in der Regel keine solchen -at-Komplexe; sie bleiben jedoch nach der Reaktion in vielen Fällen im organischen Solvens, beispielsweise THF gelöst. Dies gilt insbesondere für CsF, LiCl, MgCl₂, LiBr, MgBr₂, LiI, NaI, sowie MgI₂. Für die erfindungsgemäße Herstellung von Metall- und Legierungspulvern aus entsprechenden Metallhalogen-Verbindungen ist daher zur Vereinfachung der Aufarbeitung die Wahl des Kations im Hydrid ausschlaggebend. Es sollte so gewählt werden, daß es mit dem jeweiligen Halogen ein im organischen Solvens lösliches Halogenid bildet. Al ternativ lassen sich M-Halogenide, die nach der erfindungsgemäßen Umsetzung aus dem organischen Solvens ausfallen, z. B. NaCl, durch Auswaschen mit z. B. Wasser vom Metall- bzw. Legierungspulver abtrennen. Kennzeichen des erfindungsgemäß durchgeführten Ver fahrens ist, daß der bor- bzw. galliumorganische Komplexbildner nach der Umsetzung in freier Form oder nach Entkomplexierung der Nebenprodukte M(Anion)_x wiedergewonnen werden kann. Umsetzungen von Ni(OH)₂ mit Na(BEt₃H) in THF ergeben z. B. laut ¹¹B-NMR-Spektrum (¹¹B-Signal bei 1 ppm) in Lösung Na(BEt₃OH). Aus diesem in der Reaktionslösung vorliegenden -at-Komplex erhält man durch Hydrolyse mit HCl/THF den Komplexbildner BEt₃ laut gaschromatographischer Analyse in 97,6%iger Ausbeute zurück (Beispiel 15).

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man Pulvermetalle der Korngröße 0,01 µm (Beispiel 11) bis 200 µm (Tab. 2. Nr. 46). Die Teilchengrößenverteilung läßt sich durch die Reaktionsparameter steuern. Bei gegebener Kombination von Ausgangsmaterialien und Lösungsmittel sind die erfindungsgemäß erhaltenen Metallpartikel umso feiner je tiefer die Reaktionstemperatur ist. So liefert die Umsetzung von PtCl₂ mit Li(BEt₃H) in THF bei 80°C (Tab. 2, Nr. 46) ein Platinpulver mit relativ breiter Korngrößenverteilung von 5 bis 100 µm (siehe Abb. 1). Die gleiche Umsetzung bei 0°C (Tab. 2. Nr. 45) ergibt ein Platinpulver mit wesentlich engerer Korngrößenverteilung und einem ausgeprägtem Maximum bei 15 µm (vgl. Abb. 2).

Abb. 1 Abb. 2

Die erfindungsgemäß hergestellten Metallpulver sind ausweislich ihrer Röntgendiffrak togramme mikrokristallin bis amorph. Abb. 3 zeigt die mittels CoK_α-Strahlung gemessenen Pulverdiffraktogramme von erfindungsgemäß hergestelltem Fe-Pulver (Tab. 2, Nr. 3) vor und nach thermischer Behandlung der Probe bei 450°C. Die unbehandelte Originalprobe zeigt lediglich eine sehr breite Linie (Abb. 3a), ein Beweis für das Vor liegen von mikrokristallinen bis amorphen Phasen (H. P. Klug, L. E. Alexander, X-ray Diffraction Procedures for Polycrystalline and Amorphous Materials, 2nd edn., Wiley, New York, 1974). Nach 3stündiger Behandlung der Probe bei 450°C beobachtet man infolge Rekristallisation eine scharfe Linie bei einem Streuwinkel 2 R von 52,4° bei einem Netz gitterebenenabstand von D=2,03 Å, der für das kubisch flächenzentrierte Gitter von α-Fe charakteristisch ist (Abb. 3b).

Abb. 3a und b.

Eine einfache Korreduktion von Salzen verschiedener Metalle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren liefert unter milden Bedingungen feinteilige Zwei- und Mehrmetall-Legie rungen. Die Korreduktion von FeSO₄ und CoCl₂ mit Tetrahydroborat in wäßriger Lösung beschreiben J. v. Wontherghem, St. Morup et al. (Nature 1986, 322, S. 622). Das Resul tat dieser Arbeitsweise ist laut Elementarzusammensetzung sowie Sättigungsmagnetisierung von 89 JT^-1 kg^-1 eine Fe/CO/B-Legierung der Zusammensetzung Fe₄₄Co₁₉B₃₇. Nach Tempern dieses Produktes bei 452°C steigt die Sättigungsmagnetisierung zwar auf 166 JT^-1 kg^-1 an, bleibt jedoch weit unterhalb des für eine Fe₇₀Co₃₀-Legierung erwarteten Wertes von 240 JT^-1 kg^-1, was nach Angaben der Autoren auf die Anwesenheit von Bor in legierter oder separater Phase zurückzuführen ist. Die erfindungsgemäße Korreduktion von FeCl₃ mit CoCl₂ (Molverhältnis 1 : 1; siehe Beispiel Tab. 5, Nr. 6) in THF-Lösung mit LiH/BEt₃ liefert demgegenüber laut Elementaranalyse ein borfreies Pulver der Zusammensetzung Fe₅₀Co₅₀ . Der Beweis für das Vorliegen einer mikrokristallinen bis amorphen Fe/Co-Legierung folgert aus Röntgendiffraktogrammen des erfindungsgemäß er haltenen Pulvers vor und nach thermischer Behandlung (Abb. 4). Vor der Wärmebehand lung zeigt das Diffraktogramm nur eine sehr breite, diffuse Linie (a) was für schwach kristalline bis amorphe Phasen charakteristisch ist. Nach der Wärmebehandlung (3 Std. bei 450°C) beobachtet man im Diffraktogramm eine scharfe Linie (b) bei einem Streuwinkel 2 R von 52,7° bei einem Netzgitterebenenabstand von D=2,02 Å, der einer kristallisierten Fe/Co-Legierung entspricht.

Abb. 4

Um nachzuweisen, daß die Legierungsbildung bereits während des erfindungsgemäßen Reduktionsprozesses erfolgt und keinesfalls nachträglich durch die Wärmebehandlung in duziert wird, wurde ein 1 : 1-Gemenge von erfindungsgemäß hergestellten, amorphem Fe- und Co-Pulver vor und nach der Wärmebehandlung bei 450°C vermessen (Abb. 5). Das unbehandelte Gemenge zeigt wiederum eine diffuse Linie (a). Nach 3 Std. bei 450°C erwächst jedoch daraus die Überlagerung zweier Sets von Linien (b) für kubisch raumzentriertes Fe (x) sowie hexagonales bzw. kubisch flächenzentriertes Co (o). Ein Ver gleich von Abb. 4 und 5 belegt, daß bereits bei der erfindungsgemäßen Korreduktion eine mikrokristalline bis amorphe Legierung gebildet wird, die erst bei Wärmebehandlung rekristallisiert.
Abb. 5

Erfindungsgemäß lassen sich einphasige Zwei- oder Mehrstoffsysteme in mikrokristalliner bis amorpher Form durch Korreduktion der Salze von Haupt- und Nebengruppenelemen ten, Bunt- und/oder Edelmetallen frei kombinieren. Ebenso ist es erfindungsgemäß mit besonderem Vorteil möglich, durch Korreduktion von auf Trägermaterialien (z. B. Al₂O₃, SiO₂ oder organische Polymere) aufgezogenen Salzmischungen schalenförmig amorphe Legierungen auf Trägern zu erzeugen (Beispiel 14). Amorphe Legierungen in reiner oder geträgerter Form sind als Katalysatoren von großem technischen Interesse.

Mit besonderem Vorteil lassen sich erfindungsgemäß unter bestimmten Bedingungen Metalle und/oder Legierungen in organischen Lösungsmitteln ohne Zusatz eines Schutzkol loids in kolloidaler Lösung erhalten. Die Umsetzung von Bunt- oder Edelmetallsalzen (einzeln oder als Mischung) mit den nach der deutschen Patentanmeldung P 39 01 027.9 zugänglichen Tetraalkylammoniumtriorganohydroboraten führt bei Raumtemperatur in THF zu stabilen, in der Durchsicht roten, kolloidalen Lösungen der Metalle. Werden die Metallsalze in Form von Donatorkomplexen eingesetzt, lassen sich erfindungsgemäß die kolloidalen Metalle auch mit Alkali- bzw. Erdalkalimetalltriorganohydroboraten in THF- oder Kohlenwasserstoffen herstellen (siehe Tabelle 6, Nr. 15, 16, 17).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1 Herstellung von Nickelpulver aus Ni(OH)₂ mit NaBEt₃H in THF

Zu einer Lösung von 1,85 g (20 mmol) Ni(OH)₂ in 200 ml THF in einem 500-ml-Kolben werden unter Schutzgas 5 g (41 mmol) NaBEt₃H gelöst in THF (1 molar) bei 23°C unter Rühren getropft. Nach zwei Stunden wird die klare Reaktionslösung vom Nickelpulver getrennt und mit je 200 ml THF, Ethanol, THF, Pentan gewaschen. Nach Trocknen im Hochvakuum (10^-3 mbar) erhält man 1,15 g Metallpulver (s. Tab. 1, Nr. 6).

Metallgehalt der Probe: 94,7% Ni
Oberfläche nach BET: 29,7 m²/g

Beispiel 2 Herstellung von Silberpulver aus AgCN, Ca(BEt₃H)₂ in Diglyme

1,34 g (10 mmol) AgCN werden in einem 500-ml-Kolben unter Schutzgas mit 2,38 g (10 mmol) Ca (BEt₃H)₂ gelöst in Diglyme (0,1 molar) versetzt und mit Diglyme auf ein Arbeitsvolumen von 250 ml aufgefüllt. Man rührt bei 23°C zwei Stunden und trennt das schwarze Metallpulver von der Reaktionslösung. Das Silberpulver wird mit je 200 ml THF, Ethanol, THF, Pentan gewaschen und im Hochvakuum (10^-3 mbar) getrocknet. Man erhält 1,10 g Metallpulver (s. Tab. 1, Nr. 17).

Metallgehalt der Probe: 89,6% Ag
Oberfläche nach BET: 2,3 m²/g

Tabelle 1: Reduktion von Metallsalzen bzw. Metallverbindungen

Beispiel 3 Herstellung von Rheniumpulver aus ReCl₃, LiBEt₃H in THF

Zu einer Lösung von 2,43 g (8,3 mmol) ReCl₃ in 200 ml THF in einem 500-ml-Kolben werden unter Schutzgas 3,8 g (36 mmol) LiBEt₃H gelöst in THF (1 molar) bei 23°C un ter Rühren getropft. Nach zwei Stunden wird die klare Reaktionslösung vom Rheni umpulver getrennt und das Rheniumpulver mit je 200 ml THF, Ethanol, THF, Pentan gewaschen, und nach Trocknen im Hochvakuum (10^-3 mbar) erhält man 1,50 g Metall pulver (s. Tab. 2, Nr. 36).

Metallgehalt der Probe: 95,4%
Oberfläche nach BET: 82,5 m²/g

Beispiel 4 Herstellung eines Cobaltpulvers mit LiH, BEt₃ aus CoCl₂

In einem 500-ml-Kolben werden 3,32 g (25,6 mmol) CoCl₂ unter Schutzgas mit 0,5 g (63 mmol) LiH, 0,62 g (6,3 mmol) Triethylboran und 250 ml THF versetzt und 16 Stun den unter Rühren auf Rückflußtemperatur erhitzt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wird das Cobaltpulver von der Reaktionslösung getrennt und mit je 200 ml THF, Ethanol, THF, Pentan gewaschen. Nach Trocknen im Hochvakuum (10^-3 mbar) erhält man 1,30 g Metallpulver (s. Tab. 2. Nr. 10).

Metallgehalt der Probe: 95,8% Co
Oberfläche nach BET: 17,2 m²/g

Beispiel 5 Herstellung von Tantalpulver aus TaCl₅ mit LiH, BEt₃ in Toluol

In einem 500-ml-Kolben werden 3,57 g (10 mmol) TaCl₅ unter Schutzgas mit 0,48 g (60 mmol) LiH, 0,6 g (6 mmol) Triethylboran und 250 ml Toluol versetzt und 16 Stun den bei 80°C unter Rühren erhitzt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wird das Tan talpulver von der Reaktionslösung getrennt und mit 3×200 ml Toluol, 1×200 ml Pen tan gewaschen. Nach Trocknen im Hochvakuum (10^-3 mbar) erhält man 3,87 g Metall pulver (s. Tab. 2, Nr. 34).

Metallgehalt der Probe: 46,5% Ta

Beispiel 6 Darstellung von Na[(Et₂GaOEt)H]

34,5 g (200 mmol) Diethylethoxogallium - Et₂GaOEt - werden in 400 ml THF mit 30,5 g (1270 mmol) NaH vier Stunden unter Schutzgas unter Rückfluß gekocht. Man er hält eine klare Lösung, die über eine D-4-Glasfritte vom überschüssigen NaH befreit wird.

Laut Protolyse mit Ethanol ergab sich eine 0,45 molare Lösung.

Herstellung von Palladiumpulver aus PdCl₂ und Na[(Et₂GaOEt)H] in THF

In eine Lösung von 1,91 g (10,76 mmol) PdCl₂ in 200 ml THF in einem 500-ml-Kolben werden unter Schutzgas 45 ml (20,25 mmol) der so erhaltenen Na(Et₂GaOEt)H-Lösung unter Rühren bei 40°C zugetropft. Nach zwei Stunden wird die klare Reaktionslösung vom Palladiumpulver abgetrennt, und das Palladiumpulver wird mit 2×200 ml H₂O, 200 ml THF und 200 ml Pentan gewaschen. Nach Trocknen im Hochvakuum (10^-3 mbar) erhält man 1,2 g Metallpulver (s. Tab. 2, Nr. 29).

Metallgehalt des Pulvers: 92,7% Pd

Tabelle 2: Reduktion von Metallhalogeniden

Beispiel 7 Herstellung von Rhodiumpulver aus RhCl₃, NBu₄(BEt₃H) in THF

Zu einer Lösung von 2,15 g (10,3 mmol) RhCl₃ in 200 ml THF in einem 500-ml-Kolben werden unter Schutzgas 11,6 g (34 mmol) NBu₄(BEt₃H) gelöst in THF (0,5 molar) bei 23°C unter Rühren getropft. Nach acht Stunden wird in die schwarze Lösung 100 ml Wasser getropft und anschließend das Rhodiumpulver von der Reak tionslösung getrennt. Das Rhodiumpulver wird mit je 200 ml THF, H₂O, THF, Pentan gewaschen und im Hochvakuum (10^-3 mbar) getrocknet. Man erhält 1,1 g Metallpulver (s. Tab. 3, Nr. 4).

Metallgehalt der Probe: 90,6%
Oberfläche nach BET: 58,8 m²/g

Tabelle 3: Reduktionen mit NBu₄(BEt₃H)

Beispiel 8 Herstellung eines Platinpulvers aus (NH₃)₂PtCl₂, NaBEt₃H in THF

Zu einer Lösung von 3,0 g (10 mmol) (NH₃)₂PtCl₂ in 200 ml THF in einem 500-ml-Kolben werden unter Schutzgas 3,05 g (25 mmol) NaBEt₃H gelöst in THF (1 molar) bei 23°C unter Rühren getropft. Nach zwei Stunden wird die klare Reaktionslösung vom Platinpulver getrennt und das Platinpulver mit je 200 ml THF, H₂O, THF, Pentan gewaschen, und nach Trocknen im Hochvakuum (10^-3 mbar) erhält man 1,95 g Metall pulver (s. Tab. 4, Nr. 1).

Metallgehalt der Probe: 97,1% Pt

Tabelle 4: Reduktion von metallorganischen Verbindungen

Beispiel 9 Herstellung einer Cobalt-Platin-Legierung aus PtCl₂, CoCl₂, LiBEt₃H in THF

Zu einer unter Rückfluß kochenden Lösung von 2,04 g (15,7 mmol) CoCl₂ und 4,18 g (15,7 mmol) PtCl₂ in einem 500-ml-Kolben in 260 ml THF werden unter Schutzgas 9,54 g (90 mmol) LiBEt₃H, gelöst in 90 ml THF, unter Rühren, getropft. Nach sieben Stunden Reaktionszeit läßt man auf 23°C abkühlen und trennt die klare Reaktionslösung von der Pulverlegierung, die mit je 250 ml THF, Ethanol, THF, Pentan gewaschen wird. Nach dem Trocknen im Hochvakuum (10^-3 mbar) erhält man 3,96 g Metallegierungspulver (s. Tab. 5, Nr. 8).

Metallgehalt der Probe: 76,3% Pt, 21,6% Co
Borgehalt der Probe: 0,0%
Oberfläche nach BET: 18,3 m²/g
Röntgendiffraktogramm, gemessen mit CoK_α-Strahlung und Fe-Filter
Reflexmaxima 2 R: 55,4° (47,4°) bei Netzgitterebenenabstand D von 1,93 Å (2,23 Å)

Beispiel 10 Herstellung einer Eisen-Cobalt-Legierung aus FeCl₃, CoCl₂, BEt₃, LiH in THF

2,97 g (22,9 mmol) CoCl₂ und 3,79 g (23,4 mmol) FeCl₃ werden unter Schutzgas in einem 500-ml-Kolben mit 1,01 g (127 mmol) LiH, 1,25 g (12,7 mmol) Triethylboran und 350 ml THF versetzt. Es wird sechs Stunden auf 67°C erhitzt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur wird die Eisen-Cobalt-Pulverlegierung von der Reaktionslösung ab getrennt und mit 2×200 ml THF gewaschen. Anschließend wird mit 150 ml THF sowie 100 ml Ethanol bis zum Ende des Ausgasens gerührt. Man wäscht erneut mit je 200 ml THF und Pentan und erhält nach Trocknen im Hochvakuum (10^-3 mbar) 2,45 g Metal legierungspulver (s. Tab. 5, Nr. 6).

Metallgehalt der Probe: 47,0% Fe, 47,1% Co
Borgehalt der Probe: 0,0%
Oberfläche nach BET: 42,0 m²/g
Röntgendiffraktogramm, gemessen mit CoK_α-Strahlung und Fe-Filter
Reflexmaxima 2 R: 52,7° bei Netzgitterebenenabstand D von 2,02 Å

Beispiel 11 Herstellung einer Eisen-Cobalt-Legierung aus FeCl₃, CoCl₂, LiBEt₃H in THF

Eine Lösung von 9,1 g (56 mmol) FeCl₃ und 3,1 g (24 mmol) CoCl₂ in 2,5 l THF wird innerhalb von fünf Stunden bei 23°C zu 150 ml einer 1,7 molaren (255 mmol) Lösung von LiBEt₃H in THF unter Rühren getropft. Nach Rühren über Nacht wird die Ei sen-Cobalt-Legierung von der klaren Reaktionslösung abgetrennt und 2× mit je 200 ml THF gewaschen. Anschließend wird mit 300 ml THF bis zum Ende des Ausgasens gerührt. Man wäscht erneut 2× mit je 200 ml THF und erhält nach Trocknen im Hochvakuum (10^-3 mbar) 5,0 g Metallegierungspulver (s. Tab. 5, Nr. 7)

Metallgehalt der Probe: 54,79% Fe, 24,45% Co
Borgehalt der Probe: 0,0%
Röntgendiffraktogramm, gemessen mit CoK_α-Strahlung und Fe-Filter
Reflexmaxima 2 R: 52,5° (99,9°) bei Netzgitterebenenabstand D von 2,02 Å (1,17 Å)
Teilchengröße bestimmt nach REM-Aufnahme und Röntgendiffraktogramm: 0,01-0,1 µm

Beispiel 12 Herstellung einer kolloiden Chromlösung mit NBu₄(BEt₃H) in THF

1,58 g (10 mmol) CrCl₃ werden mit 11,25 g (33 mmol) NBU₄(BEt₃H) gelöst in THF, unter Schutzgas bei 23°C in weiteren 300 ml THF unter Rühren gelöst. Man erhält eine kolloide Chromlösung (s. Tab. 6, Nr. 2).

Beispiel 13 Herstellung einer kolloiden Platinlösung aus Pt(Py)₄Cl₂ und KBEt₃H in Toluol (Py=Pyridin)

0,583 g (1 mmol) Pt(Py)₄Cl₂ werden mit 0,28 g (2 mmol) KBEt₃H bei -20°C in 300 ml Toluol unter Schutzgas und unter Rühren gelöst. Man erhält eine im Durchlicht dunkelrote kolloide Platinlösung (s. Tab. 6, Nr. 17).

Tabelle 6: Darstellung kolloider Metallösungen

Beispiel 14 Herstellung einer Fe/Co-Legierung auf einem Al₂O₃-Träger

11,5 g (70,89 mmol) FeCl₃ und 2,3 g (17,7 mmol) CoCl₂ werden in 1 l THF gelöst. In einer 1-l-Steilbrustflasche werden 50 g Al₂O₃ (SAS 350 Pellets, Rhône Poulenc) in 335 ml der oben dargestellten FeCl₃/CoCl₂-Lösung in THF über Nacht getränkt, wobei sich die grüne Lösung nahezu entfärbt. Das Lösungsmittel wird entfernt und der Träger im Hochvakuum (10^-3 mbar) drei Stunden getrocknet. Die Tränkung wird mit weiteren 335 ml FeCl₃/CoCl₂-Lösung wiederholt, wobei man eine intensiv gelb gefärbte Lösung erhält. Die Lösung wird entfernt und die Al₂O₃-Träger erneut im Hochvakuum (10^-3 mbar) drei Stunden getrocknet. Die Tränkung wird noch einmal mit 330 mml FeCl₃/CoCl₂-Lösung über Nacht durchgeführt. Es tritt keine Farbänderung der Lösung mehr auf. Die Lösung wird entfernt und die Al₂O₃-Pellets werden mit 63,6 g (600 mmol) LiBEt₃H in 400 ml THF bei 23°C, 16 Stunden behandelt, wobei sich die Pellets unter H₂-Entwicklung schwarz färben. Die Reaktionslösung wird entfernt und die Pellets werden mit je 300 ml THF, THF/Ethanol (2 : 1), THF gewaschen und im Hoch vakuum (10^-3 mbar) vier Stunden getrocknet. Man erhält Al₂O₃-Pellets, die nur an der Oberfläche schalenförmig mit einer Fe/Co-Legierung belegt sind.

Elementaranalyse: 1,13% Fe, 0,50% Co

Beispiel 15 Regeneration des Trägers BEt₂

Zu der in Beispiel 1 vom Nickelpulver abgetrennten klaren Reaktionslösung wird unter Schutzgas und Rühren innerhalb 20 Minuten 11,7 ml einer 3,5 molaren (41 mmol) Lösung von HCl in THF zugetropft, wobei nach kurzem Aufschäumen und leichter Erwärmung ein weißer Niederschlag (NaCl) ausfällt. Die Reaktionsmischung wird mit Na₂CO₃ neutralisiert und über eine D-3-Glasfritte filtriert. Man erhält 222,5 g klares Filtrat das laut gaschromatographischer Analyse 1,76% (3,92 g=40 mmol) BEt₃ enthält. Somit wer den 97,5% des Trägers BEt₃, bezogen auf eingesetzten Trägerkomplex, wiedergewonnen.

Beispiel 16 Regeneration des Trägers BEt₃

Zu der unter Schutzgas in Beispiel 3 abgetrennten Lösung werden 1,62 g (10 mmol) FeCl₃ gegeben. Nach Abreaktion wird die Lösung destilliert. Man erhält 206 g klares Destillat, das laut gaschromatographischer Analyse 1,63% (3,36 g = 34,3 mmol) BEt₃ enthält. Somit werden 95,2% des Trägers BEt₃, bezogen auf den eingesetzten Träger komplex, wiedergewonnen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von hochdispersen, mikrokristal linen bis amorphen Metallen und/oder Legierungen in Form von Pulvern oder Kolloiden, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem inerten organischen Lösungsmittel Metallsalze mit Metall-Hydriden der 1. oder 2. Hauptgruppe des Perioden systems der Elemente (PSE), die mit Komplexbildnern in Lösung gehalten werden, oder mit NR₄′′ (BR₃H), NR₄′′(BR_n(OR′)_3-nH) (R=C₁-C₆-Alkyl, Ar-C₁-C₆-alkyl; R′=C₁-C₆-Alkyl, Aryl, Ar-C₁-C₆-Alkyl; R′′=C₁-C₆-Alkyl, Aryl, Ar-C₁-C₆-alkyl, Tri-C₁-C₆-alkylsilyl, n=0, 1, 2) umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Metallsalze einzeln oder als Mischung diejenigen der Metalle der Gruppen IVA, IB, IIB, VB, VIB, VIIB und VIIIB des PSE in organischen Solventien gelöst und/oder suspendiert einsetzt und bei -30°C bis +150°C, vorzugsweise 0°C bis +80°C, mit Metallhydriden MH_x (x=1,2) der 1. bzw. 2. Gruppe des PSE in Gegenwart eines Komplexbildners der allgemeinen Formel BR₃, BR_n(OR′)_3-n bzw. GaR₃, GaR_n(OR′)_3-n, wobei R, R′ und n die oben genannte Bedeutung aufweisen, umsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Metallsalze in Form von Donator-Komplexen eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Metallsalze mit Metallhydriden und einem Unterschuß des Komplexbildners umgesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß der Komplexbildner durch Ansäuern in Form von BR₃ bzw. BR_n(OR′)_3-n regeneriert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 zur Herstellung kolloidal in THF gelöster Metalle bzw. Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß Salze der Bunt- bzw. Edelmetalle einzeln oder als Mischung mit Tetraalkylammoniumtriorganohydroboraten in THF umgesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von Trägermaterialien durch führt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 zur Herstellung kolloidal in THF und/oder Kohlenwasserstoffen gelöster Metalle bzw. Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß Donatorkomplexe von Bunt- bzw. Edelmetallsalzen einzeln oder als Mischung mit Tetraalkylammoniumtriorganohydroboraten oder Alkali- bzw. Erdalkalimetallhydriden in Gegenwart eines Komplexbildners in THF und/oder Kohlenwasserstoffen um gesetzt werden.

9. Kolloidale Lösungen von Metallen und/oder Legierungen erhältlich nach Anspruch 1 und 6-8, in THF und/oder Kohlenwasserstoffen.

10. Verfahren nach Anspruch 1 und 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß man die kol loidal in THF oder Kohlenwasserstoffen gelösten Metalle und/oder Legierungen in Gegenwart von anorganischen oder organischen Trägermaterialien herstellt und/oder sie adsorptiv an diese Träger bindet.

11. Metallpulver erhältlich nach Anspruch 1-4 der Korngröße 0,01-200 µm, die aus weislich ihres Röntgendiffraktogramms mikrokristallin bis amorph sind.

12. Metall-Legierungspulver erhältlich nach Anspruch 1-4 der Korngröße 0,01-200 µm, die ausweislich ihres diffusen Röntgendiffraktogramms mikrokristallin bis amorph sind.

13. Verwendung der mikrokristallinen bis amorphen Metall- bzw. Legierungspulver er hältlich nach Anspruch 11 und 12 in der Pulvertechnologie.

14. Verwendung von mikrokristallinem bis amorphem Pt-Pulver der Korngröße 2-200 µm erhältlich nach Anspruchen 1-4 zur pulvermetallurgischen Beschichtung von Glas- und Keramikwerkstoffen.

15. Verwendung von mikrokristallinen bis amorphen Fe/Ni/Co-Legierungen erhältlich nach Beispiel 1-4 zur pulvermetallurgischen Versiegelung von Glaswerkstoffen.