Forschung

Alternative Charakterisierungstechniken nanoporöser Materialien

Beziehungen zwischen Textur- und Transporteigenschaften

Die Arbeitsgruppe Enke beschäftigt sich seit Antritt der Professur mit der Herstellung – chemische Synthese und Formgebung – (nano)poröser anorganischer Materialien auf, hauptsächlich, oxidischer, aber auch nicht-oxidischer Basis. Für die Untersuchung der texturellen Materialeigenschaften (spezifische Porenvolumen, spezifische Oberfläche, Porenweiten, Porenweitenverteilung) werden klassische Methoden wie Stickstoff-  und Argon-Tieftemperatur-Sorption, sowie Quecksilber-Intrusion herangezogen. Mithilfe von Permeabilitätsuntersuchungen werden Stofftransport-eigenschaften im porösen System charakterisiert und mit den texturellen Daten korreliert.

Des Weiteren können diese porösen Materialien in katalytischen Testreaktionen untersucht werden. Hierzu ist es von Vorteil die chemischen Eigenschaften der Materialoberfläche zu kennen. Zu diesem Zweck werden Methoden wie z. B. Inverse Gaschromatographie und Chemisorption eingesetzt.

Die Erfassung von offenen und geschlossenen Poren wird durch Kooperationen mit weiteren Forschungsinstituten vorangetrieben. Bisher weniger bekannte Systeme wie die Positronen-Lebensdauer-Spektroskopie und die 3D-Mikro-Computertomographie können als Werkzeuge zur Aufklärung von Textur- und Stofftransportphänomenen herangezogen werden.

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Anwendungen von nanoporösen Monolithen

Sensoren, Wirtsmaterialien, Wärmeisolation, Energiespeicherung, Katalysatorträger für die Umweltkatalyse

Über die Grundlagenforschung hinaus werden besonders technische Anwendungen für die synthetisierten Materialien entwickelt. Spezielle Anforderungen einiger Sensoranwendungen korrelieren mit den Möglichkeiten der Modifizierung der in der Arbeitsgruppe Enke entwickelten monolithischen Festkörper. Die Möglichkeit die Eigenschaften der Materialien anwendungsbezogenen maßzuschneidern stellt hierbei eine Kernkompetenz dar.

Besondere Materialsysteme und angepasste Nachbehandlungsschritte ermöglichen großformatige Wärmeisolations-materialien, innovative Katalysatoren und Energiespeichermedien. Große Anstrengungen werden dabei in den Bereichen des Umwelt- und Verbraucherschutzes unternommen. Gleichfalls wird an den Fragen der Deckung des zukünftigen Energiebedarfes mitgearbeitet.

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Hierarchisch strukturierte poröse Materialien

Zur Lösung von Herausforderungen im Bereich der Stofftransportlimitierung werden an unterschiedlichsten Stoffsystemen grundlegende Forschungsarbeiten zur Integration von hierarchischen Strukturen durchgeführt. Solche Stoffsysteme basieren auf SiO2, Al2O3, TiO2, V2O5, CeO2, ZrO2 und deren Kombinationen. Die Hierarchie kann hierbei in „one-pot“-Synthesen (über das Sol-Gel-Verfahren) sowie nachträglich durch gezielte Formgebungsverfahren eingebracht werden. So können hierarchisch strukturierte, poröse Monolithe mit variabler Form erzeugt werden. Deren Übertragung in effektive Prozesse in den Bereichen Sensorik und Katalyse stellt ein großes Arbeitsgebiet dar. Dies beginnt bei der Entwicklung von Modellsystemen auf der Seite der Materialpräparation und wird durch deren Übertragung in Testreaktionen im Labormaßstab weitergeführt. Die wechselseitigen Rückkopplungen ermöglichen eine Optimierung der hierarchischen Strukturen der unterschiedlichsten Materialsysteme. Diese Arbeiten dienen als Basis für die Identifikation von Wechselwirkungen in komplexen chemischen Reaktionen, deren Überführung auf großtechnische Anwendungen zu ökonomisch und ökologischen Vorteilen führen können.

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letzte Änderung: 27.05.2015