Perowskitstruktur

Perowskitstruktur bezeichnet eine Gruppe von Kristallstrukturen mit der allgemeinen Formel ABX3, benannt nach dem Mineral CaTiO3 (Perowskit). In dieser Bauform bilden BX6-Oktaederen ein dreidimensionales Netzwerk, während das A-Kation in großen Kavitäten zwischen den Oktädern sitzt. Typisch ist eine enge Kopplung von B- und X-Atomen, während A als großes Fremdion zwischen den oktadenden Netzwerken zentriert wird.

Im idealen kubischen Perowskit liegt B im Zentrum eines BX6-Oktaeders, X an den Ecken der Oktäederstrukturen, und A in einem 12-koordinierten Zwischenraum. Die Struktur ist hochsymmetrisch, und die Anordnung kann sich bei Temperatur, Druck oder chemischer Substitution verändern, was zu Tiltingen der Octaeder und zu niedrigsymmetrischen Phasen führt. Eine beschreibende Größe ist der Goldschmidt-Toleranzfaktor t = (r_A + r_X) / [sqrt(2) (r_B + r_X)]; Werte nahe 1 deuten auf eine stabile, ideale Perowskitstruktur hin, während Abweichungen Tilts und Phasenänderungen begünstigen.

Varianten und Substitutionen: Oxide Perowskite verwenden X = O2−, Halogenid-Perowskite X = Halogen; organisch-inorganische Hybrid-Perowskite haben A als organische Kationen (z. B. MA+, FA+), B oft Pb2+ oder Sn2+, und X I−, Br− oder Cl−. Diese Vielfalt führt zu einer breiten Palette physikalischer Eigenschaften.

Eigenschaften und Anwendungen: Die Struktur ermöglicht chemische Flexibilität, Ferroelectricität und Piezoelektrizität in Oxiden, sowie starke Lichtabsorption und gute Prozessierbarkeit in Halid-Perowskiten. Halide Perowskite werden intensiv in Solarzellen, LEDs und Photodetektoren eingesetzt; oxide Perowskite sind wichtig in Katalyse, Sensorik und Elektrochemie.

Geschichte: Der Name leitet sich vom Mineral Perowskit ab, dessen Struktur durch das Calciumtitanat CaTiO3 beschrieben wurde; der Begriff wurde durch die Arbeit von Goldschmidt geprägt.