Elektrogesponnene Nanofasern mit eingeschlossenen yolk-shell Partikeln für katalytische Anwendungen

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Petra Uhlmann, Ph.D., seit 9/2022
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323249705

Die Integration von katalytisch aktiven Nanopartikeln in makroskopischen Träger ist von entscheidender Bedeutung für ihre Anwendung in der heterogenen Katalyse. Wir wollen sogenannte yolk-shell Partikel in porösen elektrogesponnenen Fasern einschließen und die katalytischen Eigenschaften dieser neuartigen Strukturen zu untersuchen. Yolk-shell Partikel sind die Kern-Schale Systeme, die aus einer Reagenz-durchlässige Schale und einem katalytisch aktiven Kern bestehen. Vorläufige Experimente zeigen, dass die katalytische Aktivität der yolk-shell Partikel wesentlich verbessert werden kann durch (a) die Anwendung von Blockcopolymeren als Template für die Porenbildung und (b) Einbettung in einer porösen Matrix. Wir wollen die Gründe für die erhöhte katalytische Aktivität dieser Systeme verstehen, insbesondere die Rolle der erhöhten Zugänglichkeit von katalytisch aktiven Zentren für die Reagenzmoleküle und der erhöhten Stabilität gegen Aggregation und Fusion der Partikel. Durch die Kombination der Blockcopolymer-Templat basierte Methode für die Herstellung von yolk-shell Partikeln mit Elektrospinn-Technik für die Herstellung von Nanofasern können Fasermatten mit eingeschlossenen katalytisch aktiven Partikel in kontrolliert hergestellt werden. Diese makroskopischen Trägersysteme sind zur Integration in Durchfluss-Katalysesysteme geeignet und sollen in Modellexperimenten und perspektivisch in Anwendungen zur Wasserreinigung untersucht werden. Die Hauptziele des vorliegenden Projektes sind:(a) Herstellung und Untersuchung von yolk-shell Nanokatalysator mit katalytisch aktivem Kern und Reagenz-durchlässige Schalle durch Blockcopolymer-Template Methode und Erzielen eines mechanistischen Verständnisses der Erhöhung der katalytischen Aktivität. (b) Einschließung yolk-shell Nanokatalysator in elektrogesponnenen Nanofasern und Herstellung von katalytisch aktiver Fasermatte.(c) Untersuchung der katalytischen Aktivität von Fasermatte und Prüfung für Wasserreinigungsverfahren, z.B. für die katalytische Zersetzung von Farbstoffen als wassergefährdende Substanzen.Das Projekt wird zwischen Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., und Indian Institute of Technology Delhi in Rahmen der internationalen Forschungszusammenarbeit durchgeführt werden. Die Kompetenzen der Partner sind ideal komplementär mit Stärken des indischen Partner im Bereich der Blockcopolymer Selbstorganisation und Elektrospinnen und Stärken der deutschen Partner auf dem Gebiet der Nanopartikel/Nanokatalysator Synthese und Herstellung der Nanopartikel/Blockcopolymer Nanokomposite und Charakterisierung von Mechanik und Wechselwirkungen von Fasern. Die erhaltenen Ergebnisse werden zu neuen Konzepten in der Durchflusskatalyse führen, die für Wasserreinigungsverfahren und Umweltzwecke verwendet können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Indien
• Partnerorganisation: Department of Science and Technology (DST)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Bhanu Nandan; Professor Dr. Rajiv Srivastava
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Andriy Horechyy, bis 9/2022