H2S-Schwellenwertsensoren auf Basis von Perkolationseffekten in Silica/CuO-Nanokompositen zur Überwachung von Biogasanlagen und Grenzwerten

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Smarsly, seit 1/2017; Dr. Thorsten Wagner
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 249960080

Nanostrukturiertes Kupferoxid (CuO) zeigt während des Angebotes von Schwefelwasserstoffgas (H2S) plötzliche Leitwertveränderungen (digitales Schaltverhalten), die sich in ihrer Form durch die Perkolationstheorie beschreiben lassen. Auf Basis dieses Effekts sollen Schwellenwertsensoren zur Detektion von H2S erforscht werden. H2S ist ein wichtiges Leitgas für den Betrieb von Biogasanlagen (Schutz für Mensch und Maschine). In Voruntersuchungen an Filmen und Nanofasern zeigte sich, dass sich diese Strukturen auf Grund von Instabilitäten, bedingt durch Migrationseffekte, nicht für an-wendungsnahe Systeme eignen. Im Projekt sollen CuO/Silica-Nanokomposite als Alternative unter-sucht werden. Ein mit Hilfe von Selbstorganisationsprozessen geordnet-mesoporöser oder alternativ durch Elektrospinning hergestellter Silicaträger dient als Stützmaterial und gewährt Gaszugänglichkeit zum eingebetteten CuO. Das Silica dient als sterische Barriere und verhindert, dass der Perkolations-effekt durch Migration des CuO verloren geht. Zudem soll untersucht werden, inwieweit durch Steue-rung der Silicastruktur die Perkolations-Eigenschaften beeinflusst werden können. Während z.B. die Fasersysteme eine gute Übereinstimmung mit dem theoretischen Wert des kritischen Exponenten für 3D Systeme zeigten, war der Wert bei 2D- Schichtsystemen zu niedrig. Dessen Ursprung soll mit Hilfe von Untersuchungen an Modellsystemen ermittelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Beteiligte Institution: Hermann Sewerin GmbH
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Claus-Dieter Kohl, bis 1/2017 (†)