Die Existenz metallreicher Perowskite der Zusammensetzung (SE3X)M (X = O, N; SE = La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Er, Ho, Tm, Lu; M = Al, Ga, In, Sn) wurde untersucht. Die Charakterisierung der Proben erfolgte mit Röntgenpulverdiffraktometrie und Elementaranalysen (O und N). Oxide (SE3O)Al mit SE = La, Ce, Pr, Nd und Sm und (SE3O)In mit SE = Ce, Pr und Nd wurden erhalten. Die Reihe der Verbindungen (SE3N)Al (SE = La, Ce, Pr, Nd, Sm) wurde um die Seltenerd-Metalle SE = Gd, Tb, Dy, Ho, Er und Tm erweitert. Die metallreichen Perowskite (SE3N)Sn (SE = La, Ce, Pr, Sm) und (SE3N)Ga (SE = Ce, Pr, Sm, Gd, Tb) wurden erstmals beschrieben. Die thermische Stabilität (DSC) der Phasen (SE3X)M ist für die Nitride allgemein am höchsten. Nitride von Al und Ga zersetzen zwischen 1000 °C und 1200 °C, Stannide bleiben bis 1250 °C thermisch stabil. Messungen der magnetischen Suszeptibilität und der LIII-Absorbtionskanten sind in Einklang mit einer Elektronenkonfiguration SE3+. Die gemessenen elektrischen Widerstände sind charakteristisch für schlechte metallische Leiter. Verschiedene Gehaltschnitte SE3Al-(SE3X)Al und SE3In-(SE3X)In wurden mit Röntgenpulverdiffraktometrie und DTA untersucht. Die Oxide und Nitride (SE3X1-y)M (SE = La, Ce; X = N, O) weisen nur geringe Phasenbreiten auf. Die Carbide (Ce3C1-y)In zeigen hingegen signifikante Phasenbreiten. In den Systemen EA-In-N wurden röntgenografisch phasenreine Pulver von (Ca4N)[In]2 und (EA19N7)[In4]2 (EA = Ca, Sr) erhalten. Durch Elementaranalysen auf H, C, N, O, EA und In und Neutronenbeugung am Pulver können alternative Zusammensetzungen mit einer ausgeglichenen Ladungsbilanz im Sinne des Zintl-Konzepts für diese Phasen ausgeschlossen werden. Im System La-Al wurde die neue Phase La16Al13 beobachtet und an Einkristallen sowie an Pulvern charakterisiert. Das in der Literatur im Cu3Au-Strukturtyp beschrieben kubische Polymorph von Ce3Al wurde auf einen ternären metallreichen Perowskit (Ce3X)Al zurückgeführt.

Intermetallic borides are characterized by a great variety of crystal structures and bonding interactions, however, a comprehensive rationalisation of the electronic structure is missing. A more general interpretation will be targeted towards comparing several boride phases of one particular transition metal on one hand side, but also isostructural borides of various metals at the other side. Finally, a concise model should result from a detailed analysis of excellent data both from experimental charge density analysis and quantum chemical methods. Ultimate target is a transferability model based on typical building blocks. Experimental investigations of the electron density derived from diffraction data are very rare for intermetallic compounds. One of the main reasons is that the suitability of such compounds for charge density analysis is estimated to be relatively low as compared to organic compounds. In the present work, X-ray single crystal diffraction measurements up to high resolution were carried out for TiB2, VB2, V3B4, and VB crystals. The respective experimental electron densities were reconstructed using the multipole model introduced by Hansen and Coppens [1]. The topological aspects of the experimental electron density were analysed on the basis of the multipole parameters using Bader’s Quantum Theory, Atoms in Molecules [2] and compared with theoretical calculations. References [1] Hansen, N.K.; Coppens, P. Acta Crystallogr. 1978, A34, 909 [2] Bader, R.F.W. Atoms in Molecules─A Quantum Theory; Oxford University Press: Oxford, 1990

Die vorliegende Dissertationsschrift befasst sich mit der Darstellung, Charakterisierung sowie der Aufklärung des elektro- und spektroelektrochemischen Verhaltens metallocenyl-funktionalisierter Fünfring-Heterocyclen. Der Schwerpunkt lag dabei in den Messungen und der Analyse des Elektronentransfers zwischen den redoxaktiven Ferrocenylendgruppen über die heterocyclische Kerneinheit. Hierfür wurde zunächst eine Serie an Diferrocenyl-Thiadiazolen hergestellt und der Einfluss unterschiedlicher intermetallischer Abstände auf den Elektronentransfer untersucht (Kapitel 2.1). Im Weiteren wurden verschiedene Serien an 2,5-Diferrocenyl- und 2,3,4,5-Tetraferrocenyl-Heterocyclen hergestellt und bezüglich ihres Elektronentransferverhaltens studiert. Es zeigte sich, dass die elektronischen Eigenschaften der heterocyclischen Verbrückungseinheit einen großen Einfluss auf die Kommunikation zwischen den Ferrocenylendgruppen haben. Die geometrische Ähnlichkeit der Moleküle untereinander ermöglicht erstmals eine direkte Korrelation der elektrochemischen (ΔE°′) mit den spektroelektrochemischen (Oszillatorstärke der IVCT-Bande) Messungen. Aus diesem Zusammenhang konnte ein neues Verfahren zur Berechnung der effektiven Ladungstransferabstände entwickelt werden. (Kapitel 2.2 und 2.3) Ferrocenylsubstituierte Maleinsäureimide konnten synthetisiert und wie in Kapitel 2.4 gezeigt, hinsichtlich der intermetallischen Kommunikation entlang der C,C-Doppelbindung untersucht werden. Des Weiteren wurde das elektrochemische Verhalten ferrocenylsubstituierter drei- und fünfgliedriger Titanacyclen untersucht. Dabei zeigten sich strukturelle Neuorientierungen während des Oxidationsvorganges (Kapitel 2.5).

Dresden, Techn. Univ., Diss., 2000.

Universiẗat, Diss., 2003--Köln.

Nickel-Silicidphasen wurden auf neuen Synthesewegen bei relativ niedrigen Temperaturen und kurzen Reaktionszeiten präpariert. Die Belastung von dispersem Metall mit Siliciumtetrachlorid liefert Produkte, die mit den thermodynamischen Berechnungen korrelieren. Bei der direkten Umsetzung von Nickelhalogeniden mit Silicium beeinflussen die Versuchsbedingungen wesentlich die Zusammensetzung der resultierenden Phasengemische. Durch Temperungen reduziert sich der Bestand an Silicidphasen. Die Umsetzung von Nickelchlorid und Silicium gelang erstmals auch in einer KCl/LiCl-Salzschmelze als Reaktionsmedium, wodurch sich thermodynamisch vorhersagbare Silicidphasen erhalten lassen. In einigen Fällen deuten die Ergebnisse auf die Bildung halogenhaltiger, bei Raumtemperatur metastabiler Silicidphasen hin. Zum Reaktionsmechanismus werden zwei über die Oxidationsstufe +2 des Siliciums verlaufende Routen diskutiert.

Intermetallic borides are characterized by a great variety of crystal structures and bonding interactions, however, a comprehensive rationalisation of the electronic structure is missing. A more general interpretation will be targeted towards comparing several boride phases of one particular transition metal on one hand side, but also isostructural borides of various metals at the other side. Finally, a concise model should result from a detailed analysis of excellent data both from experimental charge density analysis and quantum chemical methods. Ultimate target is a transferability model based on typical building blocks. Experimental investigations of the electron density derived from diffraction data are very rare for intermetallic compounds. One of the main reasons is that the suitability of such compounds for charge density analysis is estimated to be relatively low as compared to organic compounds. In the present work, X-ray single crystal diffraction measurements up to high resolution were carried out for TiB2, VB2, V3B4, and VB crystals. The respective experimental electron densities were reconstructed using the multipole model introduced by Hansen and Coppens [1]. The topological aspects of the experimental electron density were analysed on the basis of the multipole parameters using Bader’s Quantum Theory, Atoms in Molecules [2] and compared with theoretical calculations. References [1] Hansen, N.K.; Coppens, P. Acta Crystallogr. 1978, A34, 909 [2] Bader, R.F.W. Atoms in Molecules─A Quantum Theory; Oxford University Press: Oxford, 1990

The main focus of this work is the preparation, chemical and structural characterization along with the investigation of physical properties of intermetallic clathrates. Starting from the history of clathrate research, classification of clathrate types, their structural properties and possible application areas are evaluated in chapter 2. The methodologies of sample preparation and materials characterization as well as quantum chemical calculations are discussed in chapter 3. The complete characterization of Ba8Ge433 ( is a Schottky-symbol standing for vacancies),12-14 which is a parent compound for the variety of ternary variants, is the subject of chapter 4. Ba8Ge433 is a high temperature phase,12 which was prepared for the first time as single phase bulk material in this work.15, 16 In this way, the intrinsic transport properties could be investigated without influence of grain boundary and impurity effects. The transport behavior is analyzed at low and high temperatures and referred to the former results. In addition, crystal structure and vacancy ordering in terms of the reaction conditions are discussed. Chemical bonding in Ba8Ge433 is investigated by topological analysis of the electron localizability indicator and the electron density. Chapter 5 deals with the preparation, phase analysis, crystal structure and physical properties of BaGe5, which constitutes a new clathrate type oP60.17, 18 So far, two clathrate types were known in the binary system Ba – Ge, namely the clathrate cP124 Ba6Ge25,19-21 and the clathrate-I Ba8Ge433. Originally, BaGe5 was detected by optical and scanning electron microscopy within the grains of Ba8Ge433.12 Once the preparation of phase-pure Ba8Ge433 was achieved, it became possible to make detailed investigations of its decomposition along with the formation of BaGe5. A detailed theoretical and experimental analysis on the relation between crystal structure and physical properties of BaGe5 is presented. In chapter 6, a thorough structural characterization and the physical properties of clathrates in the system Ba – Ni – Ge is presented based on the subtle relation between the crystal structure containing vacancies and the thermoelectric properties. During the investigations in this system, a large single crystal was grown by Nguyen et al. 22, 23 from the melt with the composition Ba8Ni3.5Ge42.10.4. A systematic reinvestigation of the phase relations in this system was performed and the influence of different Ni content to the crystal structure and physical properties is evaluated. The Si-based ternary clathrate with composition Ba8–δNixySi46–x–y is the subject of chapter 7. The phase relations and the homogeneity range are established. The crystal structure taking into account vacancies in the framework is discussed. Physical properties of bulk pieces are analyzed and the results are related to the sample composition. In addition, first-principles electronic structure calculations are carried out to assess variations in the electronic band structure, phase stability and chemical bonding.24 Chapter 8 reports on the intermetallic compound Ba3Si4,25, 26 which was encountered during the investigations on the Ba – Ni – Si phase diagram. The discussion covers issues related to preparation, crystal structure, phase diagram analysis, electrical and magnetic properties, NMR measurements, quantum mechanical calculations and oxidation to nanoporous silicon with gaseous HCl. Besides my contributions to the NoE CMA, I studied under the Priority Program 1178 of Deutsche Forschungsgemeinschaft “Experimental electron density as the key for understanding chemical interactions” with the project of “Charge distribution changes by external electric fields: investigations of bond selective redistributions of valence electron densities”. Chapter 9 deals with the preparation of chalcopyrites ZnSiP2 and CuAlS2 for experimental charge density analysis. Both phases show semiconducting properties and have non-centrosymmetric structures with high space group symmetry as needed to investigate the structural changes induced by external electric field. In this chapter, I describe the preparation and the crystal structure analyses of ZnSiP2 and CuAlS2 including issues related to the data collection as well as the results of NMR investigation.

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Entwicklung eines Werkstoffes auf Basis der Legierung AlSi13,5Mg9,5 (=Al-15Mg2Si-8Si), die sich durch ein verbessertes Verschleißverhalten, geringere thermische Ausdehnung und geringere Dichtewerte auszeichnet. Eine wesentliche Aufgabe der Arbeit bestand in der Einstellung bester mechanischer Eigenschaften durch die Feinung der Primär-Phase (Mg2Si) sowie durch Mikrolegieren. Ausbleibende Resultate begründeten die Wahl einer angepassten Legierungszusammensetzung AlMg8,6Si6,4 (=Al-14Mg2Si-1Si). Versuche zur Eigenschaftsoptimierung (Mikrolegieren, Wärmebehandlung) zeigten neben der Ermittlung der gießtechnischen Eigenschaften die spezifischen Legierungscharakteristika auf. Die Verarbeitung des optimierten Werkstoffes mit verschiedenen Verfahren machte die Abhängigkeit der Ausbildung der mechanischen Eigenschaften sowie des Gefüges deutlich. Die Untersuchung der thermo-physikalischen Eigenschaften sowie die Analyse der Wechselwirkungen zwischen Risswachstum und Gefüge runden die Beschreibung des Eigenschaftsprofiles ab.

Die vorliegende Dissertationsschrift befasst sich mit der Darstellung, Charakterisierung sowie der Aufklärung des elektro- und spektroelektrochemischen Verhaltens metallocenyl-funktionalisierter Fünfring-Heterocyclen. Der Schwerpunkt lag dabei in den Messungen und der Analyse des Elektronentransfers zwischen den redoxaktiven Ferrocenylendgruppen über die heterocyclische Kerneinheit. Hierfür wurde zunächst eine Serie an Diferrocenyl-Thiadiazolen hergestellt und der Einfluss unterschiedlicher intermetallischer Abstände auf den Elektronentransfer untersucht (Kapitel 2.1). Im Weiteren wurden verschiedene Serien an 2,5-Diferrocenyl- und 2,3,4,5-Tetraferrocenyl-Heterocyclen hergestellt und bezüglich ihres Elektronentransferverhaltens studiert. Es zeigte sich, dass die elektronischen Eigenschaften der heterocyclischen Verbrückungseinheit einen großen Einfluss auf die Kommunikation zwischen den Ferrocenylendgruppen haben. Die geometrische Ähnlichkeit der Moleküle untereinander ermöglicht erstmals eine direkte Korrelation der elektrochemischen (ΔE°′) mit den spektroelektrochemischen (Oszillatorstärke der IVCT-Bande) Messungen. Aus diesem Zusammenhang konnte ein neues Verfahren zur Berechnung der effektiven Ladungstransferabstände entwickelt werden. (Kapitel 2.2 und 2.3) Ferrocenylsubstituierte Maleinsäureimide konnten synthetisiert und wie in Kapitel 2.4 gezeigt, hinsichtlich der intermetallischen Kommunikation entlang der C,C-Doppelbindung untersucht werden. Des Weiteren wurde das elektrochemische Verhalten ferrocenylsubstituierter drei- und fünfgliedriger Titanacyclen untersucht. Dabei zeigten sich strukturelle Neuorientierungen während des Oxidationsvorganges (Kapitel 2.5).