Kontrolle der Oxidationsstufe von Eisen in Nanopartikeln aus Eisenoxiden und Eisen-Kohlenstoff-Kompositen in der chemischen Gasphasensynthese

Nanopartikel aus Eisen und seinen Carbiden und Oxiden besitzen ein breites, hochaktuelles Anwendungspotential z. B. in Katalyse, Energietechnik oder Biomedizin aufgrund ihrer vielfältigen chemischen und physikalischen Eigenschaften. Diese Eigenschaften werden entscheidend durch die Oxidationsstufe des Übergangsmetalls Eisen bestimmt.

Bei der Gasphasensynthese – hier chemische Gasphasensynthese (CVS) – bilden sowohl die Gasphase selbst als auch die feste Phase, die Nanopartikel, außerordentlich komplexe, gekoppelte Systeme, die von vielen Parametern abhängen. Das Auffinden von Designregeln zur Erzeugung von eisenhaltigen Nanopartikeln mit definierter Fe-Oxidationsstufe und die Aufklärung entsprechender Bildungsmechanismen ist deshalb eine Herausforderung, die durch systematische Variation der Gasphasenzusammensetzung und des Temperatur-Zeit-Profils im CVS-Reaktor und eine detaillierte Analyse der Gasphase und Charakterisierung der entstehenden Nanopartikel gelöst werden kann.

Eisenhaltige Nanopartikel dienen dabei als Modellsystem. Sie bilden eine ‘Sonde’ für die Redoxchemie in der CVS. Es soll untersucht werden, wie die Oxidationsstufe von Eisen in Eisen-(oxid)-Nanopartikeln durch Kontrolle der Gasphasenzusammensetzung in der chemischen Gasphasensynthese (CVS) gezielt eingestellt werden kann. So sollen durch die kontrollierte Erzeugung phasenreiner, nanokristalliner Partikel aus Eisenoxiden, elementarem Eisen und Eisencarbid entsprechende Designregeln entwickelt, d. h. optimale Prozessparameterfelder identifiziert werden, die auch zur Skalierung der Herstellungsprozesse dienen können.

Projektleitung:

Prof. Dr. Markus Winterer
Universität Duisburg-Essen
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Tel.: +49 203 379-4446
E-Mail: markus.winterer@uni-due.de
https://www.nppt.uni-due.de/

gefördert durch:
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