Antoni, Markus (2021)
Synthese und Charakterisierung eindimensionaler metalloxidischer Nanostrukturen für elektrochemische Katalyse und Sensorik.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00017418
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Metallische Nanostrukturen sind bekannt für ihre außerordentlichen katalytischen Eigenschaften und ziehen daher große Aufmerksamkeit in der zeitgenössischen Forschung auf sich. In der letzten Zeit stieg auch das Interesse an oxidischen Nanoobjekten aufgrund ihrer bemerkenswerten Eigenschaften nicht nur im Bereich der Katalyse. Da Oxide bereits in oxidierter Form vorliegen, sind sie im Vergleich zu Metallen weniger anfällig für Phänomene wie Korrosion. Bei den meisten Oxiden handelt es sich um Halbleiter oder Isolatoren. Besonders die halbleitenden Eigenschaften bieten die Möglichkeit die Materialien als Photokatalysatoren, Solarzellen und Gassensoren einzusetzen. Nanoobjekte stechen durch ihr besonders großes Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis heraus, was sie besonders für katalytische und sensorische Anwendungen geeignet erscheinen lässt. Der Vorteil von eindimensionalen Nanoobjekten besteht in der erhöhten Stabilität, der geringeren Neigung zur Agglomeration und dem damit einhergehenden geringeren Verlust an aktiver Oberfläche, weswegen diese Strukturen auch als Support-Struktur anderer aktiver Objekte eingesetzt werden können. Aus diesen Gründen beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Untersuchung von Möglichkeiten metalloxidische eindimensionale Nanoojekte nasschemisch herzustellen. Die Templatsynthese wird als geeignetes Werkzeug für die Herstellung betrachtet. Ein formgebendes poröses Templat wird mit dem Zielmaterial ausgefüllt oder ausgekleidet, um auf diese Weise Nanodrähte bzw. -röhren zu erlangen. Elektrodeposition und stromlose Abscheidung in ionenspurgeätzten Kunstofffolien bewähren sich als Herstellungsverfahren. An dieser Stelle kann zwischen direkten und indirekten Verfahren unterschieden werden. Indirekte Verfahren beinhalten mindestens zwei Prozessschritte, wie z.B. Abscheidung und Nachbehandlung. Die Nachbehandlung findet in Form von thermischer oder Plasmabehandlung statt. Direkte Verfahren führen direkt zu den gewünschten Strukturen. In diesem Bereich werden stromlose Abscheidung, sowie anodische und kathodische Elektrodeposition eingesetzt. Die direkten Methoden bieten den Vorteil, dass auf die belastenden Nachbehandlungen verzichtet werden kann. Diese Arbeit beleuchtet die Unterschiede, Vorteile und Nachteile der verschiedenen Methoden um oxidische Nanostrukturen herzustellen. Diese werden auf Basis von Cer, Kobalt, Mangan, Nickel, Titan, Zink und Zinn hergestellt. Zusätzlich hebt die vorliegende Arbeit den Nutzen der hergestellten Strukturen hervor, indem Beispiele für Anwendungsgebiete, die von Brennstoffzellenkatalyse über elektrochemische Sensorik bis hin zur Gassensorik reichen, ausgearbeitet werden.

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