Authors:	Oster, Michael
Title:	Structural Aspects, Physical Properties and Reactivity of the Intermetallic Compounds AlMo3, Al8Mo3 and Al9-xFexMo3
Online publication date:	21-Aug-2020
Year of first publication:	2020
Language:	english
Abstract:	This dissertation focusses on the synthesis and characterization of the intermetallic compounds AlMo3, Al8Mo3 and Al8FeMo3 as well as corresponding composite samples and the substitution series Al9-xFexMo3 (0.33 ≤ xFe < 1). The studied materials have been obtained by arc melting as well as spark plasma sintering (SPS). Structural aspects, physical properties and the reactivity of the intermetallic phases have been investigated. The thermal and electrochemical oxidation behavior have been clarified via in-situ and ex situ powder X-ray diffraction (p-XRD), simultaneous difference thermal analysis / thermogravimetric analysis (DTA/TGA) and infrared spectroscopy (IR). Onset temperatures, intermediate and final compounds occurring in the oxidation process have been identified. Superficially structured materials have been obtained by moderate anodization and analyzed by scanning electron microscopy (SEM) as well as energy-dispersive X-ray analysis (EDX). Upon oxidation of the intermetallic phases, potentially catalytically active compounds MoO3, Al2(MoO4)3 and (Fe1 xAlx)2(MoO4)3, typically embedded in Al2O3 matrices, are formed. Al8FeMo3 and the substitution series Al9-xFexMo3 (0.33 ≤ xFe < 1) crystallize in the tetragonal Al3Ti-type structure. In-situ and ex-situ p-XRD and differential scanning calorimetry (DSC) have shown statistically distributed orthorhombic modulations of the crystal structure as function of the sample’s genesis, the temperature and the chemical composition. From 57Fe-Mössbauer spectroscopy (MS), a flexible charge contribution of iron has been derived to be the essential feature in stabilizing the Al3Ti-type structure within a range of 0.67 ≤ xFe ≤ 1. The aspects of anomalous electron-phonon coupling and outstanding magnetic properties have been studied for the series Al9-xFexMo3. Above a critical temperature of TC ≈ 93 K, Pauli paramagnetism occurs. Below TC, members with 0.5 ≤ xFe < 1 exhibit a rare form of metamagnetism, revealing giant negative magnetization in magnetic fields below 10 Oe. Ferromagnetism is observed in larger applied magnetic fields. Based on 57Fe-Mössbauer spectroscopic data, magnetic fluctuations are evident and assigned to screened magnetic moments of Fe. The magnetic properties presumably correlate to multibands of iron and molybdenum close to the Fermi-level. Die vorliegende Arbeit behandelt Synthese und Charakterisierung der intermetallischen Verbindungen AlMo3, Al8Mo3 und Al8FeMo3, sowie entsprechender Verbundmaterialien und der Substitutionsreihe Al9-xFexMo3 (0,33 ≤ xFe < 1). Die untersuchten Proben wurden mittels Lichtbogenschmelzen und Spark Plasma Sintering (SPS) dargestellt. Strukturelle Aspekte, physikalische Eigenschaften und die Reaktivität der intermetallischen Phasen wurden erforscht. Das Oxidationsverhalten wurde mittels in-situ und ex-situ Pulver Röntgendiffraktometrie (p XRD), kombinierter Differenz-Thermoanalyse / Thermogravimetrischer Analyse (DTA/TGA) und Infrarot-Spektroskopie (IR) aufgeklärt. Die Starttemperaturen, sowie die im Oxidationsprozess auftretenden Verbindungen wurden identifiziert. Durch moderate Anodisierung wurden oberflächlich strukturierte Materialien erhalten und per Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) analysiert. Bei der Oxidation der intermetallischen Phasen entstehen die potenziell katalytisch aktiven Verbindungen MoO3, Al2(MoO4)3 und (Fe1-xAlx)2(MoO4)3, die typischerweise in Al2O3 Matrizen eingebettet sind. Al8FeMo3 und die Substitutionsreihe Al9-xFexMo3 kristallisieren im tetragonalen Al3Ti Strukturtyp. In-situ und ex-situ p XRD Messungen und Differentialthermoanalyse (DSC), zeigten, dass abhängig von Probengenese, Temperatur und chemischer Zusammensetzung statistisch verteilte, orthorhombische Modulationen in der Kristallstruktur auftreten. Aus Ergebnissen der 57Fe Mössbauer Spektroskopie (MS) wurde hergeleitet, dass der Al3Ti Strukturtyp im Wesentlichen durch einen flexiblen Ladungsbeitrag des Eisens stabilisiert wird. Die Aspekte der unkonventionellen Elektron-Phonon-Kopplung und außergewöhnliche magnetische Eigenschaften wurden für die Reihe Al9-xFexMo3 untersucht. Oberhalb einer kritischen Temperatur von TC ≈ 93 K tritt Pauli-Paramagnetismus auf. Unterhalb von TC zeigen Verbindungen mit 0,5 ≤ xFe < 1 eine seltene Form von Metamagnetismus, einhergehend mit einer gigantischen negativen Magnetisierung in Magnetfeldern kleiner 10 Oe. In stärkeren magnetischen Feldern wird ferromagnetisches Verhalten gefunden. Basierend auf 57Fe-Mössbauer Spektroskopie-Daten sind magnetische Fluktuationen ersichtlich, welche den abgeschirmten magnetischen Momenten von Eisen zugeordnet werden. Die magnetischen Eigenschaften korrelieren vermutlich mit gemischten Bändern von Fe und Mo nahe des Fermi-Niveaus.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics 540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-5082
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-18148896-500a-4813-bbb9-4ee7696de1823
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	CC BY-NC-ND
Information on rights of use:	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
Extent:	xii, 243, XCIII Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen