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Arbeitsgruppe Partikelbasierte Funktionsmaterialien

Leitung: PD Dr.-Ing. habil. Martin Seipenbusch

Ziel der Forschungsarbeiten im Bereich Partikelbasierte Funktionsmaterialien ist die Entwicklung funktionsoptimierter Materialien für unterschiedliche Anwendungen aus den Bereichen Umweltschutz (Abgaskatalyse) und Energieumwandlung (z.B. Wasserstoffgewinnung, Brennstoffzellen). Dies soll auf der Basis einer gemeinsamen Technologieplattform geschehen, welche aus einer Kombination unterschiedlicher Synthese- und Funktionalisierungsmethoden besteht, ergänzt mit geeigneten online- Messmethoden zur Charakterisierung von Struktur und Funktion. Auf dieser Basis ist es möglich eine große Bandbreite unterschiedlicher Strukturen zu erzeugen und diese hinsichtlich ihrer Funktionalität auf die gewünschte Anwendung hin zu optimieren. Wesentlich für das Erreichen optimaler funktioneller Eigenschaften ist für dieses Konzept das Wissen über Struktur-Funktionszusammenhänge von der Ebene nanostrukturierter Basiseinheiten bis hin zu makroskopischen Strukturen.

Wesentliches Element der Technologieplattform sind Synthesemethoden, welche ein hohes Maß an Kontrolle bezüglich Struktureigenschaften und chemischer Zusammensetzung auf der Nanometerskala erlauben und darüber hinaus skalierbar sind. Es wurden zwei Gasphasen Methoden untersucht und entwickelt, welche diese Eigenschaften erfüllen. Ein Aerosol-Verfahren basiert auf der chemischen Gasphasensynthese (CVS) oxydischer Trägerpartikeln und deren Beschichtung mit Metallen oder Oxyden durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Das Verfahren ermöglicht eine einzigartige Kontrolle über die Struktureigenschaften wie Größe und Oberflächentextur der Trägerpartikeln sowie Größe und Anzahldichte geträgerter Edelmetallpartikeln bzw. Schichtdicken von oxydischen Schalenstrukturen. Es ist so möglich eine Vielzahl von Strukturen zu erzeugen, von einfachen Mischoxiden über geträgerte metallische Inseln bis hin zu Kern-Schale Strukturen und sogar Janus-Partikeln.

Ein plasmabasiertes Labor-Syntheseverfahren, welches ebenfalls eine gute Kontrolle über Struktur und Zusammensetzung auf der Nanometerskala erlaubt, ist die sogenannte Funkensynthese. Diese ermöglicht die Erzeugung definiert legierter Mischmetall Nanopartikeln, was mit anderen Verfahren nur indirekt oder gar nicht möglich ist.

pfm1Geträgerte Edelmetall-Strukturen erzeugt mit dem CVS/CVD-Prozess. Links: Pt auf γ-Al2O3, Mitte: Pt auf SiO2, rechts: Anzahlgrößenverteilung von Pt-Inseln auf γ-Al2O3

Auf der Ebene der nanostrukturierten Basiseinheiten ist die Erhaltung struktureller Eigenschaften und damit der angestrebten Funktion ein wichtiges Thema. In der Katalyse ist der Verlust an aktiver Oberfläche durch Sintervorgänge im Einsatz ein sehr großes wirtschaftliches Problem, insbesondere beim Einsatz von Edelmetallen. Die Stabilisierung geträgerter Edelmetalle auf oxydischen Trägern ist daher aktuell bereits Gegenstand von Untersuchungen in der Abteilung. Ziel ist hier die Identifikation der Einflussgrößen auf die Sinterkinetik von Metallpartikeln auf Oxyd-Oberflächen und die Entwicklung von Strategien zur Stabilisierung basierend auf diesem Wissen.


Aktuelle Forschungsprojekte

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