Untersuchung der topotaktischen Reaktion von Calciumdisilicid mit Ammoniumbromid

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, ein Siliciumsubnitrid der Summenformel Si2N chemisch und strukturell zu charakterisieren. Die braune, metastabile Verbindung ist über eine topotaktische Reaktion aus der Zintl-Phase Calciumdisilicid und Ammoniumbromid im molaren Verhältnis 1:2 zugänglich. Charakteristisch für das Siliciumsubnitrid sind eine schichtartige Morphologie und perfekte Spaltbarkeit parallel zu den Schichten. Thermoanalytische und röntgenografische Untersuchungen belegen, dass die Reaktion im Temperaturbereich 165°- 350°C abläuft. Beim Einsatz pulverförmiger Eduktmischungen wird das Siliciumsubnitrid als röntgenamorphes Pulver im mikroskopischen Gemisch mit kristallinem CaBr2 erhalten. Die Abtrennung des Calciumbromids gelingt bisher nur unvollständig. Mit spektroskopischen Methoden (NMR, IR und Raman) konnten die Baueinheiten im Siliciumsubnitrid identifiziert werden. Stickstoff liegt im Siliciumsubnitrid in Form einer trigonalen [N(Si)3]-Koordination vor. Über REDOR-NMR-Experimente wurde belegt, dass das Subnitrid zwei unterschiedliche Siliciumspezies, eine [Si(Si4)]- und eine [Si(Si,N3)]-Umgebung, enthält. Ergebnisse elektronenmikroskopischer Untersuchungen (REM, TEM) sind mit der Bildung des Siliciumsubnitrids über eine topotaktische Reaktion im Sinne des Erhalts schichtartiger Strukturverbände aus dem Calciumdisilicid vereinbar. Im Transmissionselektronenmikroskop werden extrem dünne Schichten beobachtet. Beugungsexperimente (SAD) an partiell geordneten Bereichen zeigen den Erhalt eines hexagonalen Reflexmusters. Die topotaktische Reaktion wurde auch mit CaSi2-Einkristallen durchgeführt, deren Oberflächen durch Aufsublimation mit Ammoniumbromid belegt waren. Die Untersuchung von Edukt und Produkt mit Röntgen-Einkristallbeugungsmethoden deutet auf weitgehende Erhaltung einer periodischen Struktur während der topotaktischen Reaktion hin. Die neue Verbindung kann durch elektrisch neutrale Schichtpakete von etwa 650 pm beschrieben werden