Kohlenstoffbasierte Katalysatoren für Photo- und Elektrokatalyse mit hoher spezifischer Oberfläche durch direkte Carbonisierung von hierarchischen Blockcopolymer-Architekturen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im vorliegenden Projekt sollte die direkte Karbonisierung von über quellungsinduzierte Morphologierekonstruktion erhaltenen mesoporösen Blockcopolymer-Monolithen untersucht werden, um so mesoporöse Kohlenstoffmonolithe zu erhalten. Weiterhin sollte die Anwendung besagter Karbonisierungsprodukte in den Bereichen Elektrokatalyse und Photokatalyse untersucht werden. Die Zugänglichkeit mesoporöser Kohlenstoffmaterialien mit diversen Oberflächentopographien, welche den Zugang zu den Mesoporen von außen potentiell erleichtern, wie monolithischer Felder mesoporöser Mikrosphären oder parallel ausgerichteter mesoporöser Nanostäbe, konnte demonstriert werden. Es konnte gezeigt werden, dass die mesoporöse Struktur von mit Titanoxid beschichteten mesoporösen Blockcopolymer- Membranen im Verlauf der Karbonisierung erhalten bleibt. Die prinzipielle Verwendbarkeit so erhaltener mesostrukturierter Kohlenstoffmaterialien für photokatalytische Anwendungen konnte anhand des Ausbleichens von Methylenblau demonstriert werden. Die in diesem Projekt durch direkte Karbonisierung von Blockcopolymeren erhaltenen Kohlenstoffmaterialien wurden nicht, wie vorgesehen, in der Elektrokatalyse, sondern – da dies ein hochaktuelles Problem ist – als Elektrode in Lithium-Luft-Akkumulatoren getestet. Im Rahmen dieses Projektes konnten allerdings nur sehr vorläufige Resultate erzielt werden. Diese deuten einen erheblichen Optimierungsbedarf der hier verfolgten Syntheseroute an. Ein im Rahmen dieses Projektes noch nicht gelöstes Problem ist der erhebliche Schrumpf beziehungsweise möglicherweise auch Materialverlust bei direkter Karbonisierung mesoporöser Blockcopolymerkörper. Allerdings sollten die in diesem Projekt gewonnenen Erfahrungen hilfreich bei der Optimierung dieses Ansatzes sein. Die im Rahmen des vorliegenden Projektes erhaltenen Ergebnisse machen deutlich, in welche Richtung die Optimierung des hier verfolgten Ansatzes zu erfolgen hat. Um die Vorteile der Verwendung von Blockcopolymeren, wie die einfache Formung monolithischer Strukturen mit schwammartigen kontinuierlichen Porensystemen, voll ausnutzen zu können, müssen den Blockcopolymeren zusätzliche Kohlenstoffquellen zugemischt werden. Es hat sich auch gezeigt, dass die Optimierung des Systems ein eigenes Dissertationsprojekt darstellt.
