Hydrogen storage in magnesium clusters: quantum chemical study

Magnesium hydride is cheap and contains 7.7 wt % hydrogen, making it one of the most attractive hydrogen storage materials. However, thermodynamics dictate that hydrogen desorption from bulk magnesium hydride only takes place at or above 300 degrees C, which is a major impediment for practical application. A few results in the literature, related to disordered materials and very thin layers, indicate that lower desorption temperatures are possible. We systematically investigated the effect of crystal grain size on the thermodynamic stability of magnesium and magnesium hydride, using ab initio Hartree-Fock and density functional theory calculations. Also, the stepwise desorption of hydrogen was followed in detail. As expected, both magnesium and magnesium hydride become less stable with decreasing cluster size, notably for clusters smaller than 20 magnesium atoms. However, magnesium hydride destabilizes more strongly than magnesium. As a result, the hydrogen desorption energy decreases significantly when the crystal grain size becomes smaller than approximately 1.3 nm. For instance, an MgH2 crystallite size of 0.9 nm corresponds to a desorption temperature of only 200 degrees C. This predicted decrease of the hydrogen desorption temperature is an important step toward the application of Mg as a hydrogen storage material.     

Rational Synthesis of Molybdenum(V) Tetramers Consisting of [Mo2O4]2+ Dimers Held Together by Bridging Phosphinate Ligands and the Tungsten(VI) Dimer [(CH3O)2(O)W(μ-O)(μ-O2PPh2)2W(O)(CH3O)2]: Structural and Theoretical Considerations

Reacting MoO₂(acac)₂ with Ph₂POOH or Me₂POOH in EtOH results in the formation of the tetranuclear molybdenum (V) clusters Mo₄(μ ₃-O)₄(μ-O₂PR₂)₄O₄, PR₂ = PPh₂, 1, or PMe₂, 2, in functional yields (>90% and 55% respectively). The reaction of WO₂(acac)₂ with Ph₂POOH in MeOH affords the tungsten dimer [(CH₃O)₂(O)W(μ-O)(μ-O₂PPh₂)₂W(O)(CH₃O)₂], 3. The single crystal X-ray determined structures of complexes 1–3 are reported. In 1 and 2, the four Mo=O units are interconnected by four triply bridging oxygen atoms, resulting in a distorted cubic-like structure for the Mo₄(μ ₃-O)₄O₄ units. Each molybdenum atom forms two additional Mo–O bonds with two oxygen atoms from different adjacent phosphinato ligands. Complex 3, a tungsten dimer, contains packing disorder and consists of bridging oxo and diphenylphosphinato ligands. The bonding of 1 and 2 assessed by density-functional methods showed that bonding between the Mo(V) centers occurs through σ overlap of the d _xy orbitals. Electronic supplementary material The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users. Dedicated to the memory of Professor F. A. Cotton. Veritas numquam perit.     

On the ΔI= 1/2 rule in the ΛN→NN reaction

It is shown that the mass dependence of the Λ-lifetime in heavy hypernuclei is sensitive to the ratio of neutron-induced to proton-induced non-mesonic decay rates R _n/R p. A comparison of the experimental mass dependence of the lifetimes with the calculated ones for different values of R _n/R p leads to the conclusion that this ratio is larger than 2 on the confidence level of 0.75. This suggests that the phenomenological ΔI= 1/2 rule might be violated for the nonmesonic decay of the Λ-hyperon. Received: 31 March 1999     

Untersuchungen im System Niob-Molybdän-Kohlenstoff

Zusammenfassung An Hand von druckgesinterten, vakuumgeglühten und lichtbogengeschmolzenen Legierungen wurde der Dreistoff Niob-Molybdän-Kohlenstoff röntgenographisch und metallographisch untersucht und eine Aufteilung der Phasenfelder bei 1900 bzw. 1500° vorgenommen.Die in den Randsystemen Niob-Kohlenstoff und Molybdän-Kohlenstoff auftretenden Phasen wurden bestätigt. Die Existenz der früher beschriebenen hexagonalen -MoC-Phase wird bestätigt, doch weist sie einen Kohlenstoffdefekt auf und entspricht der Formel Mo₃C₂. Der Homogenitätsbereich der B 1-Phase erstreckt sich von NbC bis rund 70 Mol% Mo₃C₂ (a=4,30 Å), in Schmelzproben bis 97 Mol% Mo₃C₂ (a=4,272 Å). Mo₂C vermag rund 30 Mol% Nb₂C aufzunehmen, während umgekehrt fast keine Löslichkeit besteht. Die Mischphasenbildung von Nb₂C und Mo₂C wird durch das Gleichgewicht B 1-Mk-Metall-Mk unterbrochen.Aus dem Konodenverlauf werden für die freie Bildungsenergie von MoC_1–x (Mo₃C₂) Werte zwischen 6 und 9 kCal/Mol (1850°C) errechnet. Auf Grund weiterer thermodynamischer Überlegungen werden Voraussagen für andere Carbidsysteme gemacht.Mit 10 Abbildungen     

Untersuchungen in den Systemen: Hafnium—Bor—Stickstof und Zirkonium—Bor—Stickstoff

Zusammenfassung Der Dreistoff Hf–B–N wird an heißgepreßten, vakuumgeglühten und zum Teil im Lichtbogen geschmolzenen Proben röntgenographisch und metallographisch untersucht, die Untersuchungen an Zr–B–N weitergeführt. Es tritt keine ternäre Phase auf, so daß die Aufteilung der Phasenfelder durch die Kristallarten der Randsysteme bestimmt wird. Besonderes Augenmerk wurde auf die Verhältnisse beim Monoborid gelegt. Das früher angegebene Monoborid HfB mit B 1-Struktur läßt sich bei extrem reinen Zweistoffproben nicht mehr beobachten, ein B 27-Typ ist dagegen nachweisbar. Die Gitterkonstanten sind:a=6,517,b=3,218,c=4,919 Å. Im Randsystem Hf–N tritt zwischen -Hf und HfN mindestens noch ein weiteres hafniumreiches Nitrid auf. In der kubischen HfN_1–x -Phase (Bereich 42 bis 52 At% N), können beträchtliche Mengen Stickstoff durch Bor unter Gitteraufweitung ausgetauscht werden. Der -HfMk nimmt nur wenig Bor auf. Die beiden Boridphasen haben praktisch keine Löslichkeit für Stickstoff. Die röntgenographischen Befunde werden durch Gefügeaufnahmen bestätigt.Im Randsystem Zr–B scheint die früher angegebene kubische ZrB-Hochtemperaturphase ebenfalls nicht zu existieren. Im Bereich von 50 At% B werden für das Bestehen einer Monoboridphase mit B 27-Struktur keine Anzeichen gefunden. ZrB₂ vermag kaum Stickstoff aufzunehmen. Der Bereich von Zr(N,B)_1–x wurde festgelegt, wobei durch den Stickstoffaustausch ebenfalls-Gitteraufweitung erfolgt. Der Homogenitätsbereich der ZrN_1–x Phase reicht von 35 bis 50 At% N.Mit 24 Abbildungen     

Der Dreistoff: Uran-Bor-Kohlenstoff

Zusammenfassung Der Dreistoff: U-B-C wird mittels heißgepreßter Proben (etwa 60 Ansätze) röntgenographisch untersucht. Mit Ausnahme von U₂C₃ wird in diesen Legierungen das Bestehen aller übrigen bereits bekannten Zweistoffverbindungen bestätigt. Im Dreistoff-system tritt eine einzige ternäre Phase mit der ungefähren Formel UBC auf, die einen ausgedehnten homogenen Bereich besitzt. Diese Phase kristallisiert in der Raumgruppe D _2h ¹⁷ und leitet sich in ihrem Aufbau vom CrB- bzw. ZrSi₂-Typ her. Die Lage der Uranatome wird genau bestimmt (y _U=0,132 in 4c), Positionen von Bor und Kohlenstoff werden vorgeschlagen. Die ternäre Phase steht im Gleichgewicht mit: UC, UC₂, Kohlenstoff, UB₂ und UB₄.Mit 3 Abbildungen     

Über Hafniumkarbid enthaltende Karbidsysteme

Ohne ZusammenfassungMit 9 Abbildungen     

Untersuchungen im System Uran—Thorium—Kohlenstoff

Zusammenfassung Der Dreistoff Uran-Thorium-Kohlenstoff wurde an Hand druckgesinterter, vakuumgeglühter Legierungen röntgenographisch und metallographisch untersucht. Eine Aufteilung der Phasenfelder bei 1700 bzw. 1000°C wurde vorgenommen.Die in den Randsystemen bekannten Phasen konnten bestätigt werden, allerdings gelang es nicht, die Hochtemperaturformen von UC₂ bzw. ThC₂ zu stabilisieren.Im Dreistoff konnte der lückenlose Übergang der Monocarbide bestätigt werden. Auch der Gitterkonstantenverlauf stimmt mit früheren Angaben überein. Im sehr sorgfältig untersuchten Schnitt UC₂-ThC₂ konnte auch bei 1900° kein Übergang gefunden werden. Bei 1700° löst UC₂ rd. 30 Mol% ThC₂, umgekehrt löst ThC₂ ebenfalls rd. 30 Mol% UC₂.Thermodynamisch sind die Carbide des Thoriums stabiler als jene des Urans; was die Luftbeständigkeit betrifft, ist es aber umgekehrt. Berechnungen der Differenz der Bildungsenergien der Monocarbide unter Heranziehung des metallreichen Dreiphasengleichgewichtes ergaben mit der Literatur gut übereinstimmende Werte.Mit 3 Abbildungen     

Untersuchungen in den Systemen Thorium-Molybdän-Kohlenstoff und Uran-Molybdän-Kohlenstoff

Die Dreistoffe Thorium-Molybdän-Kohlenstoff und Uran-Molybdän-Kohlenstoff wurden mittels druckgesinterter, vakuumgeglühter sowie lichbogengeschmolzener Legierungen röntgenographisch und metallographisch untersucht und eine Aufteilung der Phasenfelder bei 1400° bzw. 1600° (900°) vorgenommen. Mit Ausnahme von U₂C₃ konnten die in den Randsystemen bekannten Phasen sowie die ternäre Kristallart UMoC₂ bestätigt werden. Im System Th–Mo–C treten die Gleichgewichte Mo–ThC, Mo₂C–ThC, Mo₂C–ThC₂ und Mo₃C₂–ThC₂ auf. Die gegenseitigen Löslichkeiten sind gering, ternäre Verbindungen werden nicht gebildet.Im System U–Mo–C treten auf der metallreichen Seite die Gleichgewichte UC–-(U, Mo) (32 At% Mo,a=4,36 Å) und UC–Mo auf, während das kohlenstoffreiche Gebiet von UMoC₂ beherrscht wird (Gleichgewichte: UMoC₂–C,–UC₂,–UC, –Mo₃C₂,–Mo₂C). Eine neuaufgefundene Kristallart der ungefähren Zusammensetzung UMo₂C₂ () hat metastabilen Charakter und zerfällt beim Schmelzen in UMoC₂ und Mo. Der gegenseitige Metallaustausch in den Carbidphasen ist gering.Die kubische Hochtemperaturform von Mo₃C₂ kann durch geringe Mengen von U und Th (<1 At%) bis Raumtemperatur im metastabilen Gleichgewicht erhalten werden.Die in den Systemen U–Mo(W)–C und Th–Mo(W)–C auftretenden Gleichgewichte werden thermodynamisch ausge-wertet und Grenzwerte für die freien Bildungsenthalpien der Verbindungen UMoC₂, UWC₂ und ThC₂ angegeben. Die Stabilität der Dicarbide des Urans und Thoriums wird diskutiert.Mit 11 Abbildungen