Verbesserung der Gasphasensynthese von elektrokatalytischen Hetero-Aggregaten durch hochentwickelte Diagnostik und Leistungsbewertung
Projektleitung :
Dr. rer. nat. Torsten Endres
Universit?t Duisburg-Essen
Prof. Dr. Hartmut Wiggers
Universit?t Duisburg-Essen
Das Projekt ?Enhancing Gas-Phase Generation of Electrocatalytic Hetero-Aggregates with Advanced Optical Diagnostics“ zielt darauf ab, die Grenzen der elektrokatalytischen Materialsynthese durch neuartige Gasphasenmethoden zu erweitern. Der Schwerpunkt liegt auf der Optimierung der Bildung von Hetero-Aggregaten durch den Einsatz verbesserter optischer In-situ-Diagnostik, die speziell für Hetero-Aggregat-Systeme entwickelt wurde, um eine überlegene elektrokatalytische Leistung zu erzielen, wobei sowohl elektrisch leitende als auch katalytisch aktive Komponenten berücksichtigt werden.
Das Projekt konzentriert sich auf Anwendungen zur Energieumwandlung, wie z. B.. Wasserspaltung und Kohlendioxidreduktion, und integriert strategisch Few Layer Graphene (FLG) mit Titandioxid (TiO?). Diese besondere Kombination nutzt die hohe elektrische Leitf?higkeit von FLG mit den katalytischen Eigenschaften von TiO? und erm?glicht so einen verbesserten Elektronentransfer und eine Maximierung der katalytischen Effizienz in Verbundmaterialien.
Ein Schlüsselaspekt des Projekts ist die Einbeziehung fortschrittlicher optischer In-situ-Diagnostik, die eine pr?zise Regulierung der Aggregatbildung und der Partikelinteraktionen in Echtzeit erm?glicht. Aufbauend auf den Errungenschaften der ersten F?rderphase werden modernste laserbasierte Diagnosemethoden, einschlie?lich der laserinduzierten Inkandeszenz (LII) und der laserinduzierten Zusammenbruchsspektroskopie (LIBS), eingesetzt, um die Entwicklung und die strukturellen Merkmale der Heteroaggregate zu verfolgen. Diese Techniken erm?glichen einen hochempfindlichen Nachweis der Bildung von Heterokontakten zwischen den verschiedenen Partikeltypen direkt in der Gasphase. Darüber hinaus wird die thermografische Phosphorthermometrie eingesetzt, um die Temperaturprofile in den Reaktoren abzubilden und so die Reaktionsbedingungen und die Aggregationsdynamik zu optimieren.
Für die Synthese werden zwei spezielle Reaktorsysteme verwendet: das Reactor Mixing System (RMS), das die Interaktion unabh?ngig voneinander erzeugter Aerosole regelt, und das neu entwickelte Matrix Mixing System (MMS). Das MMS erm?glicht ein pr?zises Mischen unter verschiedenen Str?mungsbedingungen und bietet einen optischen Zugang für eine detaillierte r?umliche Charakterisierung der Partikelaggregation und Kontaktbildung. Ein ?berblick über die Reaktorsysteme ist in Abbildung 1 dargestellt.
Erg?nzende Ex-situ-Techniken wie Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Raman-Spektroskopie und R?ntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) werden hochaufl?sende Struktur- und Zusammensetzungsanalysen liefern. Die Integration von In-situ- und Ex-situ-Diagnostik wird es dem Forschungsteam erm?glichen, Korrelationen zwischen spezifischen Syntheseparametern und der elektrokatalytischen Leistung der resultierenden Materialien herzustellen und so optimale Bedingungen für eine skalierbare Produktion von Hochleistungs-Heteroaggregaten zu identifizieren.
Durch die Konzentration auf die Kontrolle von Wechselwirkungen im Nano- und Mikrobereich mittels fortschrittlicher optischer Diagnostik f?rdert dieses Projekt nicht nur die nachhaltige Herstellung modernster elektrokatalytischer Materialien, sondern tr?gt auch zu den übergreifenden Zielen des SPP2289 bei, insbesondere durch die Entwicklung von Partikelmaterialien mit ma?geschneiderten Funktionalit?ten für die Energietechnologien der n?chsten Generation.