Herstellung von Heterogelen aus Metall- und Metalloxidnanokristallen mittels Kryogelierverfahren für die Anwendung in der Elektrokatalyse

• Antragstellerin: Professorin Dr. Nadja-Carola Bigall
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321088986

Ziel des Projektes ist es, poröse und selbsttragende Multikomponenten Gele aus formkontrolliert synthetisierten Metall- Metalloxid-, sowie Metall-Metalloxid-Hybrid Nanopartikeln (NP) mittels Kryogelierverfahrens herzustellen, um ihr Anwendungspotential in der Elektrokatalyse zu untersuchen. Neben den Materialeigenschaften der Nanopartikelbausteine wie Facettierung, Größe, Form und Kristallinität trägt die gezielte Materialkombination im Wesentlichen zur Optimierung der elektrokatalytischen Effizienz der Multikomponenten-Gelnetzwerke bei. Das gezielte Einstellen der wichtigen Parameter soll zur Optimierung eines effektiven Elektrokatalysators auf Basis von selbsttragenden Nanopartikel basierten Kryaerogelnetzwerken führen. Aufgrund der hohen Kontrolle über Größe, Form und Facettierung werden die benötigten Nanopartikelbausteine für die Gelnetzwerke in nasschemischen Syntheserouten hergestellt. Die Herstellung der porösen und selbsttragenden Multikomponenten-Gelnetzwerke erfolgt aus wässrigem Medium durch das Kryogelierverfahren. Durch Zugabe eines Gefriermediums, z.B. flüssigen Stickstoffs, erfolgt durch ein schlagartig einsetzendes Eiskristallwachstum die Gelnetzwerkformation, indem die Nanopartikelbausteine entlang der Eiskristallitwände in die freien Zwischenräume gedrängt werden und sich dort die einzelnen NP zu einem durchgängigen Netzwerk verbinden. Der große Vorteil des Kryogelierverfahrens, d.h. unabhängig von der Oberflächenchemie, Größe, Form und Facettierung der NP zu funktionieren, wird hier zur Herstellung unterschiedlichster monolithischer Multikomponenten-Gelnetzwerke sowie Multikomponenten-Gelnetzwerk-beschichten Elektroden ausgenutzt. Die unterschiedlichen Materialzusammensetzungen der Kryoaerogel-beschichteten Elektroden werden elektrochemisch charakterisiert, um die Leistungsfähigkeiten der jeweils eingesetzten Strukturelemente untereinander vergleichen zu können. Im letzten Schritt soll das Anwendungspotential der Multikomponenten-Gelnetzwerke im Bereich der Elektrokatalyse in wässriger Umgebung getestet werden. Die Ergebnisse werden untereinander verglichen und die wichtigen Parameter zur Optimierung des Elektrokatalysators sollen so identifiziert und verstanden werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen