TY  - GEN
TI  - Entwicklung von Modellkatalysatoren auf Basis der Blockcopolymernanolithographie
Y1  - 2013///
A1  - Lechner, Sebastian James
AV  - public
ID  - heidok14991
N2  - Viele der heute industriell eingesetzten, heterogenen Katalysatoren bestehen aus nanoskopischen Partikeln eines katalytisch aktiven Materials, die auf ein Trägermaterial aufgebracht sind. Ein Hauptproblem solcher Katalysatorsysteme stellt die Alterung beziehungsweise die Agglomeration der katalytisch aktiven Spezies bei hohen Reaktionstemperaturen dar. Dies führt zu einer Verschlechterung der katalytischen Eigenschaften, da das Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis verringert wird, welches in einem direkten Zusammenhang mit der Aktivität des katalytisch aktiven Materials steht. Ein Lösungsansatz dieses Problems könnte die Beimischung eines weiteren Metalls zur katalytisch aktiven Spezies sein. Bimetallische Nanopartikel vereinen die Größeneffekte der Nanopartikel mit den Kompositionseffekten der bimetallischen Spezies. Dies führt zu neuen physikalischen und/oder chemischen Materialeigenschaften, die nicht durch Anpassung der Größe oder Zusammensetzung allein erreicht werden können. Die Beimischung eines weiteren Metalls zu katalytisch aktiven Nanopartikeln stellt in der Tat eine Möglichkeit dar, die katalytische Aktivität und Stabilität zu verbessern.
Um den Einfluss von Partikelgröße, Partikelzusammensetzung und Partikelstruktur auf die katalytischen Eigenschaften zu untersuchen, wurden verschiedene Herstellungsverfahren monodisperser Nanopartikel entwickelt. Die Agglomeration der Partikel bleibt jedoch ein zentrales Problem bei der Abscheidung auf festen Trägermaterialien. Die mizellare Blockcopolymer¬nanolithographie (BCMN) ist eine Möglichkeit der kontrollierten Strukturierung von verschiedenen Substraten. 
Im Rahmen dieser Arbeit konnte die BCMN dahin weiterentwickelt werden, dass sie die Synthese von monodispersen, thermisch stabilen, bimetallischen Nanopartikeln sowohl auf planaren als auch auf mesoporösen Katalysatorträgern und Mikrosphären ermöglicht. Die bimetallischen Nanopartikel konnten dabei kontrolliert aus verschiedenen Übergangsmetallen wie Au, Pt, Pd, Rh, Ni und Ag mit verschiedenen prozentualen Zusammensetzungen aufgebaut werden. Hierfür wurden in Toluol gebildete Mizellen aus amphiphilen Polystyrol?block?Poly(2?vinylpyridin)-Diblock-copolymeren (PS b P2VP) mit zwei verschiedenen Übergangsmetallkomplexen beladen. Die Strukturierung der planaren Substrate erfolgte entweder durch Tauchbeschichtung oder Rotationsbeschichtung, während pulverförmige Substrate mit der mizellaren Lösung durchspült wurden. Zur Entfernung des Polymers und der gleichzeitigen Reduktion der Metallionen wurden die Proben anschließend mit Wasserstoffplasma behandelt. Mit dem gleichen Polymer hergestellte, bimetallische Partikel wiesen dabei gleiche Partikelgrößen und -formen auf. Mit HRSTEM-EDX-Untersuchungen konnte ein Alloy-Strukturtyp mit einer ungeordneten Verteilung der beiden Metalle nachgewiesen werden, obwohl einige der Metalle (z.B. Au und Pt) als dreidimensionaler Festkörper mit einer makroskopischen Ausdehnung weitgehend als nicht mischbar gelten und auf der Nanometerskala zur Ausbildung von Kern@Schale-(engl. ?core@shell?)Strukturen neigen. Die prozentuale Zusammensetzung der Alloy-Nanopartikel konnte relativ einfach über die Beladung der Mizellen mit dem entsprechenden Metallkomplex reguliert werden. Die beiden Metalle zeigten selbst dann keine Segregation in eine Core@Shell-Struktur, wenn sie bei 750 °C für sieben Stunden bei Umgebungsdruck und Luftfeuchtigkeit getempert wurden. Darüber hinaus wurden die AuPt-, NiPt- und RhPt-Alloy-Nanopartikel teilweise in die siliziumoxidhaltigen Substrate eingebettet. Die mittels BCMN erhaltene Anordnung der Nanopartikel auf dem Substrat blieb dabei unverändert, und eine Agglomeration der Nanopartikel trat nicht auf. Die Legierung von Pt-Nanopartikeln mit einem zweiten Metall führte somit zu einer thermischen Stabilisierung, ohne dass weitere Stabilisatoren zugegeben werden mussten oder zusätzliche Stabilisierungsschritte erforderlich waren.
In dieser Arbeit wird eine einfache aber effektive Syntheseroute vorgestellt, mit der thermisch stabile Nanolegierungen verschiedener Übergangsmetalle mit unterschiedlichen prozentualen Zusammensetzungen hergestellt werden können. Die so synthetisierten Nanopartikel können gezielt auf planaren und 3D-Substraten abgeschieden werden. Durch das teilweise Einsinken der Alloy-Nanopartikel in siliziumoxidhaltige Substrate während eines Temperprozesses wird sowohl eine Agglomeration der Partikel, als auch eine Segregation der beiden Metalle verhindert.

UR  - https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/14991/
ER  -