Sulfide als anorganische Festkörper und Funktionswerkstoffe

Sulfide sind anorganische Verbindungen, in denen Schwefel überwiegend in der Oxidationsstufe −II vorliegt und als Anion S²⁻ oder in polyanionischen Motiven (z. B. S₂²⁻) auftritt. In der Werkstoffwissenschaft bilden Sulfide eine umfangreiche Stoffklasse, die von binären Metallsulfiden (z. B. FeS, Cu₂S, MoS₂) bis zu komplexen, mehrkomponentigen Phasen (z. B. Cu‑Fe‑Sulfide, sulfidische Festelektrolyte) reicht.

Die Kristallchemie von Sulfiden ist geprägt durch die relativ große Polarisierbarkeit des Sulfidions und die hohe kovalente Bindungsanteile bei Übergangsmetallsulfiden. Daraus resultieren vielfältige Strukturtypen (NaCl‑, Wurtzit‑, Pyrit‑, Spinell‑, Schichtstrukturen), die elektrische, ionische und optische Eigenschaften in weiten Bereichen einstellen lassen. 2D‑Sulfide wie MoS₂ oder WS₂ besitzen schwache van‑der‑Waals‑Bindungen zwischen den Schichten und sind daher für Dünnschichtsysteme, Katalyse und Nanoelektronik von besonderem Interesse.

Viele Metallsulfide weisen Halbleitereigenschaften auf und werden als Photokatalysatoren, Absorber in Dünnschichtsolarzellen oder als Thermoelektrika eingesetzt. Mehrkomponentige Sulfide, etwa Cu‑Fe‑Sulfide (Chalkopyrit‑, Bornit‑, Pyrrhotin‑Phasen), zeigen komplexe Ordnungsphänomene, Defektchemie und gemischtleitende Eigenschaften, die für Sensorik und Energieumwandlung relevant sind. Vierwertige Sulfid‑Spezies bzw. gemischvalente Systeme treten in polyanionischen Netzwerken und Redoxmaterialien für Batterien auf.

Aktuelle Forschung fokussiert auf sulfidhaltige Festkörperelektrolyte mit hoher Li⁺‑ oder Na⁺‑Leitfähigkeit, auf korrosive Sulfidphasen in Hochtemperatursystemen sowie auf die gezielte Bandlücken‑ und Defekt‑Engineering von Sulfiden für optoelektronische Anwendungen. Gleichzeitig sind Toxizität, Luft‑ und Feuchteempfindlichkeit vieler Sulfide bei Synthese, Verarbeitung und Einsatz zu berücksichtigen.

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