Im Rahmen der Dissertation wurden Komplexe Intermetallische Phasen (KIP) in den Systemen Ag-Mg und Ag-Ga-Mg dargestellt und charakterisiert. KIP sind Verbindungen, die sich grundlegend von einfachen Metallen unterscheiden. Große Elementarzellen, ein hierarchisch strukturierter Aufbau und inhärente Fehlordnung sind wesentliche Charakteristika. Empirisch wird zudem eine Häufung von strukturchemisch verwandten KIP (Ähnlichkeitsregel) in der Nähe von definierten Zusammensetzungen beobachtet (Häufungsregel). Obwohl nur wenig über die physikalischen Eigenschaften dieser Verbindungsklasse bekannt ist, zeigen neueste Untersuchungen, dass sie interessante Eigenschaften wie ungewöhnliches plastisches Verhalten und Pseudo-Bandlücken in der elektronischen Zustandsdichte in Höhe der Fermi-Energie aufweisen können. Diese Arbeit zeigt exemplarisch, dass in der Chemie der KIP durchaus einfache Regeln (Häufungs-, Ähnlichkeits-, Valenzelektronenkonzentrationsregel) genutzt werden können, um neue Verbindungen mit vorgegebenen geometrischen Baueinheiten aufzufinden. Vereinfachende Annahmen, wie die Aussage, dass zweikomponentige Mackay-Cluster keine Fehlordnung aufweisen oder dass ein Mackay-Cluster maximal 92 Valenzelektronen enthält, erwiesen sich hingegen als falsch. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Kombination verschiedener Synthesemethoden notwendig ist. Insbesondere hat sich das Schmelzspinnverfahren, das zur Darstellung kristalliner magnesiumreicher Legierungen angewandt und modifiziert wurde, bei der phasenreinen Synthese der Verbindungen bewährt. Die Entwicklung von Spritzdüsen aus Tantal ermöglichte die kontaminationsfreie Verarbeitung der Mg-haltigen Legierungen. Die Bestimmung der Kristallstrukturen inklusive der Fehlordnungsphänomene war für das Verständnis der Stabilität der KIP entscheidend. Da häufig zwischen verschiedenen Modellen zur Beschreibung der Fehlordnung entschieden werden musste, waren neben präzisen Beugungsdaten genaue Untersuchungen der Präparate mittels chemischer Analytik, Metallographie und WDX hinsichtlich der Zusammensetzung aller Phasen erforderlich. Der magnesiumreiche Teil des binären Phasendiagramms Ag-Mg wurde neu bestimmt. Dabei wurden zwei bislang unbekannte Phasen dargestellt. Die fünf magnesiumreichen Phasen kristallisieren innerhalb eines schmalen Bereichs von nur 9 At.-% Mg. Die Kristallstrukturen dieser Phasen wurden unter besonderer Berücksichtigung der Fehlordnungsphänomene untersucht. Die Verbindungen sind strukturchemisch verwandt und lassen sich den I3-Cluster-Phasen zuordnen. Ag2Mg5 kristallisiert ohne Fehlordnung im Al5Co2-Typ. Die Kristallstrukturen von Ag7Mg26 und Ag17Mg54 lassen sich als fcc bzw. bcc Anordnungen von Mackay-Clustern beschreiben. Es handelt sich um die ersten bekannten binären Phasen, in denen innerhalb von isolierten Mackay-Clustern Substitutionsfehlordnung auftritt. AgMg4 kristallisiert hexagonal in einem eigenen Strukturtyp. Das I3-Cluster-Netzwerk füllt den gesamten Raum bis auf einen annähernd zylindrischen Bereich um 0, 0, z, in dem eine Atom-Split-Position aus drei Lagen vorliegt. Lokal liegen drei unterschiedliche Koordinationspolyeder vor, deren Stapelabfolge in der Kristallstruktur von AgMg4 zufällig ist, jedoch mit kurzreichweitiger Korrelation. Es konnte gezeigt werden, dass sich AgMg4 in eine Tieftemperaturphase umwandelt, in der die Polyeder vermutlich langreichweitig unter Bildung einer Überstruktur ordnen. Der Phasenbestand des ternären Systems Ag-Ga-Mg wurde untersucht und die Kristallstrukturen von sechs neuen Phasen bestimmt. Des weitern wurde eine Verbindung im System Ga-Mg-Pd charakterisiert. Anhand der Strukturtypen Al3Ir und Cu3P sowie den Verbindungen Ag0,55Ga0,45Mg3, Ga4,62Mg13,38Pd7 und Ag1,31Ga1,89Mg7,80 wurde gezeigt, wie die Variation von Strukturmotiven durch geringe Abweichungen von idealer Symmetrie zu zunehmend komplexeren Kristallstrukturen führt, die sich stets von Packungen des Edshammarpolyeders ableiten lassen. Drei ternäre Phasen vom I3-Cluster-Typ konnten identifiziert werden: Neben ternären Varianten der Phasen Ag7Mg26 und Ag17Mg54 kristallisiert Ag0,59Ga0,41Mg2 metastabil im NiTi2-Typ. In den strukturchemisch verwandten Phasen Ag6Ga12Mg11 und Ag21Ga74Mg44 bilden die Mg Atome Netzwerke mit Clatrath-II- bzw. Clatrath-IV-Topologie, die mit Ikosaedern und Frank-Kasper-Polyedern aus Ag und Ga gefüllt sind. Diese Phasen werden wahrscheinlich durch das e/a-Verhältnis der gesamten Struktur im Sinne einer Hume-Rothery-Regel stabilisiert.

Polychlorinated biphenyls are a ubiquitous environmental contaminant that can be found today throughout the world in soils and sediments, lakes and rivers, and flora and fauna. PCBs have percolated throughout the food chain, so that almost every human being has a detectable amount of the contaminant within their blood stream. Existing remediation methods include incineration, dredging and landfilling, and microbial degradation, but all of these methods have drawbacks that limit their effectiveness as treatment options. Recently, the use of zero-valent metals as a means of reductive dechlorination has been explored. Using a combination of zero-valent magnesium and catalytic palladium, a successful bimetallic system capable of degrading PCBs has been created and optimized. Determining the mechanism for the reductive dechlorination has proven to be an arduous task, but experimental evidence has suggested three possible radical-type mechanisms for the use Mg/Pd specifically in methanol (as compared to aqueous systems). These possible mechanisms differ in the type of hydrogen species that replaces the chlorine atom on the PCB. Thermodynamic information has also aided in narrowing down which of the suggested pathways is most likely. It appears likely that the hydrogen involved in the dechlorination has the form of a "hydride-like" radical, which is a form of electron-rich atomic hydrogen. According to the literature, Pd catalysts create this species within the first few subsurface layers of the palladium in the presence of molecular hydrogen. Further work will be necessary to confirm that the "hydride-like" radical is actually the species involved in the dechlorination.

ABSTRACT HYDROGEN STORAGE IN MAGNESIUM BASED THIN FILMS Akyildiz, Hasan Ph.D., Department of Metallurgical and Materials Engineering Supervisor : Prof. Dr. Tayfur &Ouml / zt&uuml / rk Co-Supervisor : Prof. Dr. Macit &Ouml / zenbas October 2010, 146 pages A study was carried out for the production of Mg-based thin films which can absorb and desorb hydrogen near ambient conditions, with fast kinetics. For this purpose, two deposition units were constructed / one high vacuum (HV) and the other ultra high vacuum (UHV) deposition system. The HV system was based on a pyrex bell jar and had two independent evaporation sources. The unit was used to deposit films of Mg, Mg capped with Pd and Au-Pd as well as Mg-Cu both in co-deposited and multilayered form within a thickness range of 0.4 to 1.5 &mu / m. The films were crystalline with columnar grains having some degree of preferred orientation. In terms of hydrogen storage properties, Mg/Pd system yielded the most favorable results. These films could desorb hydrogen at temperatures not greater than 473 K. The study on crystalline thin films has further shown that there is a narrow temperature window for useful hydrogenation of thin films, the upper limit of which is determined by the intermetallic formation. The UHV deposition system had four independent evaporation sources and incorporated substrate cooling by circulating cooled nitrogen gas through the substrate holder. Thin films of Mg-Cu were produced in this unit via co-evaporation technique to provide concentrations of 5, 10 and 15 at. % Cu. The films were 250-300 nm thick, capped with a thin layer of Pd, i.e. 5-25 nm. The deposition was yielded nanocrystalline or amorphous Mg-Cu thin films depending on the substrate temperature. At 298 K, the films were crystalline, the structure being refined with the increase in Cu content. At 223 K, the films were amorphous, except for Mg:Cu=95:5. The hydrogen sorption of the films was followed by resistance measurements, with the samples heated isochronally, initially under hydrogen and then under vacuum. The resistance data have shown that hydrogen sorption behaviour of thin films was improved by size refinement, and further by amorphization. Among the films deposited, amorphous Mg:Cu=85:15 alloy could absorb hydrogen at room temperature and could desorb it at 223 K (50 &ordm / C), with fast kinetics.