Synthesis and characterization of new oxides and oxide nitrides of the group 5 and 6 elements of the periodic table

Die Synthese neuartiger kristalliner Verbindungen mit verbesserten physikalischen Eigenschaften ist von fundamentaler Bedeutung für die Entwicklung innovativer Werkstoffe. Die gezielte Weiterentwicklung bestehender Apparaturen und Routen zur Festkörpersynthese sowie die Etablierung neuer Vorläuferverbindungen führten im Rahmen der vorliegenden Arbeit zur erfolgreichen Darstellung neuer Oxide und Oxidnitride der Elemente der 5. und 6. Gruppe des Periodensystems. Die vorgestellten Methoden und Ergebnisse stellen eine geeignete Grundlage für zukünftige Versuche zur Synthese weiterer metastabiler Verbindungen der Übergangsmetalle dar. Über eine einfache Syntheseroute wurden die zwei bislang unbekannten Vanadiumfluoridhydrate V_2F_6∙4H_2O und V_2F_6∙6H_2O erhalten. Unter Einsatz dieser Verbindungen als Vorläufer gelang erstmals die phasenreine Darstellung von Vanadiumsesquioxid mit Bixbyitstruktur. Neutronenbeugungsexperimente liefern umfangreiche neue Erkenntnisse über die magnetischen Eigenschaften und die Bildungsmechanismen dieser metastabilen Verbindung. Des Weiteren wurde ein neues metastabiles Polymorph von V_3O_5 erhalten. Es kristallisiert in der orthorhombischen Anosovitstruktur und wird ausführlich auf experimenteller und theoretischer Ebene charakterisiert. Zudem wurde unter Verwendung eines röntgenamorphen Tantaloxids die metastabile Verbindung γ-TaON erstmals phasenrein dargestellt. Die experimentellen Ergebnisse werden mit denen früherer Arbeiten zu dieser Verbindung verglichen und Lösungswege zur Strukturaufklärung des Materials aufgezeigt. Außerdem wurde die Darstellung der ersten ionisch-kovalenten Molybdänoxidnitride Mo_2(O,N,□)_5 optimiert. Das optimierte Verfahren gestattet die Darstellung größerer Probenmengen sowie eine verlustfreie und saubere Aufarbeitung der Produkte. Auf ähnlichem Wege wurde erstmals das Oxidnitrid VMo_9O_17,3N_5,1□_2,7 erhalten, das eine große strukturelle Ähnlichkeit zu Mo_2(O,N,□)_5 zeigt. Neben Versuchen zur Darstellung des bislang unbekannten korrespondierenden binären Oxids Mo_2O_5 wird zudem ein theoretisches Modell zur Defektordnung in Mo_2(O,N,□)_5 präsentiert.Aiming at the development of innovative materials, the synthesis of novel crystalline compounds with improved physical properties is of fundamental interest. In this work, systematic enhancement of equipment and routes for solid state syntheses led to the successful preparation of new oxides and oxide nitrides of the group 5 and 6 elements. Methods and results presented here are a suitable basis for future attempts on the synthesis of additional metastable transition metal compounds. On a simple synthetic route, two so far unknown vanadium fluoride hydrates V_2F_6∙4H_2O and V_2F_6∙6H_2O were obtained. Using these compounds as precursors, bixbyite-type vanadium sesquioxide was prepared phase-pure for the first time. Neutron diffraction experiments provide substantial new insights into the magnetic behavior and formation mechanisms of this metastable material. In addition, a new metastable polymorph of V_3O_5 was obtained. It crystallizes in the orthorhombic anosovite-type structure and is characterized extensively from an experimental and theoretical point of view. Furthermore, application of an X-ray amorphous tantalum oxide led to the first phase-pure synthesis of the metastable compound γ-TaON. Experimental results are compared to those of earlier works on this compound and approaches to the definite determination of its structure are highlighted. Moreover, the synthesis of the first ionic-covalent molybdenum oxide nitrides Mo_2(O,N,□)_5 was optimized. The optimized procedure allows for the synthesis of major sample quantities as well as loss-free and clean reprocessing of the products. In a similar fashion, the oxide nitride VMo_9O_17,3N_5,1□_2,7 was prepared for the first time. It bears great structural resemblance to Mo_2(O,N,□)_5. Besides experiments on the synthesis of the so far unknown corresponding binary oxide Mo_2O_5, a theoretical model on defect ordering in Mo_2(O,N,□)_5 is presented