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DEUTSCHE BUNSEN-GESELLSCHAFT
Abb. 9: Beispiel für einen Isolator-Metall-Übergang, der durch eine klassische
Festkörperreaktion getrieben wird: Stark nichtstöchiometrisches
Ga 2 O 3 (entsprechend GaO x ) ist bei Raumtemperatur nach der Präparation
mittels Laserdeposition als Glas amorph und transparent. Bei erhöhter Temperatur
setzt Disproportionierung ein, und die entstehenden Ga 2 O 3 -Keime
erhöhen das Fermi-Niveau, derart, dass metallische Leitfähigkeit entsteht
(Bild bereit gestellt von M. Martin, Aachen).
Ein interessantes Beispiel für eine klassische
Festkörperreaktion mit unerwarteten
Folgen ist in Abb. 9 dargestellt. Ein
mittels Laserdeposition hergestelltes,
bei Raumtemperatur metastabiles und
stark sauerstoffarmes Oxid GaO x bildet
bei hoher Temperatur die stabile
Gleichgewichtsphase Ga 2 O 3 durch „Ausfällung“
kleiner kristalliner Keime. Dies
führt im Gegenzug zu einer weiteren
Reduktion der Matrix, die daraufhin
metallisch wird [16]. Damit wird aus
einer einfachen Festkörperreaktion ein
neuer Mechanismus für einen Isolator-
Metallübergang – und die verbindende
Rolle der Physikalischen Chemie zwischen
Festkörperchemie und -physik
wird greifbar.
Eine Frage, die immer wieder in neuen
Varianten gestellt wird, betrifft die Kontrolle
chemischer Reaktionen oder die
Planbarkeit von Festkörpersynthesen
ASPEKTE
[17]. Festkörperchemiker können meist nicht wie ihre organisch-chemischen
Kollegen per Retrosynthese klar defi nierte
Synthesestrategien entwickeln. Die chemische Bindung des
Festkörpers und die Existenz von Nichtgleichgewichtsdefekten
machen Festkörpersynthesen weniger gut planbar. Umso mehr
ist die Physikalische Chemie gefragt, die thermodynamischen
und kinetischen Konzepte bereitzustellen, die hier helfen können.
Ein für 2009 geplantes neues Schwerpunktprogramm
der DFG an den Grenzen zwischen Festkörperchemie, -physik
und Physikalischer Chemie mit dem Thema „Kristalline Nichtgleichgewichtsphasen“
wird sich in den nächsten sechs Jahren
verstärkt den Fragen nach Keimbildung, Phasenselektion und
deren theoretischem Verständnis widmen.
4. OBERFLÄCHEN: VON LANGMUIR BIS ERTL
Die physikalische Chemie der Oberfl ächen ist bis zum heutigen
Tage eine Erfolgsgeschichte der Physikalischen Festkörperchemie.
Experiment, Modell- und Methodenentwicklung gingen
miteinander einher und machen das Gebiet unverändert
fruchtbar – wofür der Bedarf der chemischen Industrie nach
besseren Katalysatoren natürlich nicht unwesentlich ist.
Entsprechend wird sich auch auf der Bunsentagung in Köln ein
erheblicher Teil von Beiträgen mit Themen beschäftigen, die
durch die heterogene Katalyse motiviert sind. Schnittstellen
gibt es zunehmend mit der Elektrochemie, in der seit Entwicklung
des Rastertunnelmikroskops die rasche Entstehung einer
„Electrochemical Surface Science“ zu beobachten ist. Zwar ist
die elektrochemische Oberfl ächen- oder besser Grenzfl ächenforschung
noch immer hinter den Erfolgen der Oberfl ächenchemie
zurück – die stark zunehmende Bedeutung elektrochemischer
Systeme in der Energietechnologie wird hier aber
zu einer spürbaren Beschleunigung führen.
Abb. 10: Oberflächenchemie von RuO 2 als Katalysator im Deacon-Prozess
(Bild bereit gestellt von H. Over, Gießen).
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