DE68908108T2 - Multi-Elementmetallchalcogenid. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf ein vielelementiges Metall- Chalkogenit, welches für die Anwendung in Batterien, optischen Elementen und supraleitenden Materialien verwendbar ist.
• Ein Chalkogen ist ein allgemeiner Term für ein Element aus der Gruppe, die aus Schwefel (S), Selen (Se) und Tellur (Te) besteht. Weil Chalkogene verglichen mit Sauerstoff eine kleine Elektronegativität haben, weisen Metall-Chalkogenite im Vergleich zu Metalloxiden geringere Ionenbindungs-Eigenschaften aber größere kovalente Bindungs-Eigenschaften auf. Folglich haben Metall-Chalkogenite im wesentlichen eine große Bindungsanisotropie und tendieren zur Bildung einer linearen oder planaren Substanz, welche eine geschichtete, kettenförmige oder kanalförmige Struktur hat. In bezug auf die physikalischen Eigenschaften liegt der höchste besetzte Level der Elektronen von Chalkogenen niedriger als der von Sauerstoff. Während somit Oxide hauptsächlich Isolatoren oder Halbleiter mit einer großen Bandlücke bilden, tendieren die Chalkogenite dazu, gute elektrische Leiter und Halbleiter mit einer kleinen Bandlücke zu bilden. Unter Heranziehung der Vorteile dieser strukturellen und physikalischen Eigenschaften sind Metall-Chalkogenite weit anwendbar auf optische Materialien, wie bspw. Solar-Batterien, und nicht lineare optische Materialien und lumineszierende Materialien, supraleitende Materialien (insbesondere im Falle von Chevrel Zusammensetzungen) sowie Materialien für Lithium-Batterien etc.
• Bisher bekannte Chalkogenite schließen Chalkogen-Spinel (wie bspw. CdCr&sub2;S&sub4;), Chalkopyrit (wie bspw. CuInS&sub2;) und Chevrel (wie bspw. PbMo&sub6;S&sub8;) ein. Das Gmelin Handbuch der Anorganischen Chemie, 8.Auflage, Teil 34, 1973, Verlag Chemie, Seite 299 offenbart das Chalkogenit PbNbS&sub3;.
• Weitere Chalkogenite sind in der FR-A-1597115; und im Gmelin Handbuch der Anorganischen Chemie, 9.Auflage, Teil A3, 1981, Verlag Chemie, Seiten 251-255 und 268-273 offenbart.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Chalkogenit vorgesehen, welches die folgende allgemeine Formel (I) aufweist:
• X(1-a)xX'axYyZz (I)
• wobei X für mindestens eines der Elemente Bi, Sb und As steht, X' für mindestens eines der Elemente Pb, Sn und Ce steht, Y für mindestens eines der Elemente Ti, V, Nb und Ta steht, Z für mindestens eines der Elemente S, Se und Te steht, a eine Zahl im Bereich 0-1 ist, x eine Zahl im Bereich 0.8-1.2 ist, y eine Zahl im Bereich 1.6-2.4 ist und z eine Zahl im Bereich 4.0-6.0 ist.
• Insbesondere schließen die erfindungsgemäßen Chalkogenite die folgenden drei Arten ein:
• (1) Chalkogenite, die die folgende Zusammensetzung haben:
• XxYyZz
• worin: X Bi, Sb und/oder As,
• Y : Ti, V, Nb; und/oder Ta,
• S, Se und/oder Te,
• x : eine Zahl von 0.8 ≤ x ≤ 1.2,
• y : eine Zahl von 1.6 ≤ y ≤ 2.4, und
• z : eine Zahl von 4.0 ≤ z ≤ 6.0 ist;
• (2) Chalkogenite, die die folgende Zusammensetzung haben:
• X'xYyZz
• worin: X': Pb, Sn und/oder Ge,
• Y : Ti, V, Nb, und/oder Ta,
• Z : S, Se und/oder Te,
• x : eine Zahl von 0.8 ≤ x ≤ 1.2,
• y : eine Zahl von 1.6 ≤ y ≤ 2.4, und
• z : eine Zahl von 4.0 ≤ z ≤ 6.0 ist;
• (3) Chalkogenite, die die folgende Zusammensetzung haben:
• X(1-a)xX'axYyZz
• worin: X : Bi, Sb und(oder As,
• X': Pb, Sn und/oder Ge,
• Y : Ti, V, Nb, und/oder Ta,
• Z : S, Se und/oder Te,
• a : eine Zahl von 0 < a < 1,
• x : eine Zahl von 0.8 &le; x &le; 1.2,
• y : eine Zahl von 1.6 &le; y &le; 2.4, und
• z : eine Zahl von 4.0 &le; z &le; 6.0 ist;
• Das vielelementige Metall-Chalkogenit gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch ein Verfahren hergestellt werden, welches die Schritte umfaßt des Mischens von pulverförmigen Elementen und/oder pulverförmigen Metall-Chalkogeniten (MZn worin M ein Metall ist, Z ist S, Se oder Te und n ist eine Zahl von 1&le;n&le;2) in Mengen, die eine Zusammensetzung korrespondierend zu derjenigen der allgemeinen Formel vorsehen, des Chargierens der Mischung in einen geschlossenen Behälter wie bspw. ein Quarzrohr, welches unter Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre gehalten wird, und des Erhitzens der Mischung auf 400- 1200 ºC. Das resultierende Produkt wird auf Raumtemperatur gekühlt, um ein vielelementiges Metall-Chalkogenit zu erzielen.
• Das so erzielte vielelementige Metall-Chalkogenit ist im allgemeinen in der Form von braunem oder schwarzem Pulver und sein Pulver-Röntgen-Diffraktionsschema zeigt Diffraktionslinien, welche einem Satz paralleler Ebenen beimessbar sind. In Abhängigkeit von den Bedingungen wird das Produkt in Form von laminaren Kristallen erzielt, die leicht die Spaltung unterschreiten. Dies suggeriert, daß das Produkt eine geschichtete Struktur hat.
• In den erfindungsgemäßen Metall-Chalkogeniten kann die Zusammmensetzung der Elemente X (oder- X+X'), Y und Z benannt sein als 1:2:5 (XY&sub2;Z&sub5;). Weil jedoch das Element Z nicht-stöchiometrisch sein kann, beträgt die Zahl z für das Element Z nicht immer exakt 3 oder 5, sondern rangiert von 4.0 bis 6.0. Dies gilt ebenfalls für die Zahlen x und y.
• Die nachfolgenden Beispiele werden die vorliegende Erfindung weiter verdeutlichen.
Beispiel 1
• Ein vielelementiges Metall-Chalkogenit mit einer Zusammensetzung aus der Gruppe (I) wurde wie folgt hergestellt: Pulverförmige Elemente, welche mit der in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzung korrespondieren, werden in einer Proportion abgemessen, die zur Zusammensetzung korrespondiert, werden in einem Quarzbehälter unter Vakuum eingeschlossen, auf eine Temperatur von 400-1200 ºC erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Zusammensetzung der so erzielten Metall-Chalkogenite und die interplanaren Zwischenräume (Å) der Hauptdiffraktionslinien in dem Pulver-Röntgen-Diffraktionsschema der Chalkogenite sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Zusammensetzung Interplanare Zwischenräume der Hauptdiffraktionslinien (Å) Proben Nr.
Beispiel 2
• Vielelementige Metall-Chalkogenite, welche die Zusammensetzung aus der Gruppe (2) haben, wurden auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellt. Die Zusammensetzung der so erzielten Metall-Chalkogenite und die Interplanaren Zwischenräume (Å) der Hauptdiffraktionslinien in dem Pulver-Röntgen-Diffraktionsschema der Chalkogenite sind in der Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2 Zusammensetzung Interplanare Zwischenräume der Hauptdiffraktionslinien (Å) Proben Nr.
Beispiel 3
• Vielelementige Metall-Chalkogenite, welche die Zusammensetzung aus der Gruppe (3) haben, wurden auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 hergestellt. Die Zusammensetzung der so erzielten Metall-Chalkogenite und die interplanaren Zwischenräume (Å) der Hauptdiffraktionslinien in dem Pulver-Röntgen-Diffraktionsschema der Chalkogenite sind in der Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3 Zusammensetzung Interplanare Zwischenräume der Hauptdiffraktionslinien (Å) Proben Nr.

Claims (4)

1. Ein Chalkogenit, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgende allgemeine Formel (I) aufweist:

X(1-a)xX'axYyZz (I)

wobei X für mindestens eines der Elemente Bi, Sb und As steht, X' für mindestens eines der Elemente Pb, Sn und Ge steht, Y für mindestens eines der Elemente Ti, V, Nb und Ta steht, Z für mindestens eines der Elemente S, Se und Te steht, a eine Zahl im Bereich 0-1 ist, x eine Zahl im Bereich 0,8-1,2 ist, y eine Zahl im Bereich 1,6-2,4 ist und z eine Zahl im Bereich 4,0-6,0 ist.

2. Ein Chalkogenit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgende allgemeine Formel aufweist:

XxYyZz

wobei X, Y und Z sowie die Zahlen x, y und z wie unter Anspruch 1 definiert sind.

3. Ein Chalkogenit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgende allgemeine Formel aufweist:

X'xYyZz

wobei X', Y und Z sowie die Zahlen x, y und z wie unter Anspruch 1 definiert sind.

4. Ein Chalkogenit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgende allgemeine Formel aufweist:

X(1-a)xX'axYyZz

wobei X, X', Y und Z sowie die Zahlen x, y und z wie unter Anspruch 1 definiert sind und a eine Zahl im Bereich 0 < a < 1 ist.