Synthese phasenreiner Hochentropie-Perowskite mit einzigartigen elektrokatalytischen und Sauerstofftransporteigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Armin Feldhoff
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538516601

Im Fokus dieses Projektes steht die Synthese phasenreiner, chromfreier Hochentropie-Perowskite, die außergewöhnliche Eigenschaften, wie z. B. erhöhte Temperatur- und chemische Stabilität sowie verbesserte katalytische und Sauerstofftransporteigenschaften aufweisen sollen. Überprüft wird dabei die Hypothese, dass Verbindungen mit hoher Konfigurationsentropie bei hohen Temperaturen phasenrein sind und dass eine schnelle Abkühlung zu Phasenreinheit bei Raumtemperatur führt. Aus diesem Grund wird die vernebelnde Sprühpyrolyse als Synthesemethode gewählt, welche eine schnelle Abkühlung ermöglicht, sodass die bei hohen Temperaturen durch entropische Effekte stabilisierte metastabile Phase auch bei Raumtemperatur erhalten bleibt. Neben der Abkühlung ist auch die Gesamtsynthese mithilfe der vernebelnden Sprühpyrolyse zeiteffizienter als bei anderen Syntheseverfahren. Nachdem die chromfreien Hochentropie-Perowskit-Pulver synthetisiert wurden, werden sie zunächst strukturell analysiert über Röntgenbeugung und Rasterelektronenmikroskopie. Über Iterationsschleifen können somit die Prozessparameter und Elementzusammensetzungen optimiert werden bis Phasenreinheit des Produkts erreicht wird, für welches außerdem Kristallstruktur, Morphologie und Partikelgröße bestimmt werden. Auf Chrom soll in der Zusammensetzung verzichtet werden aufgrund potentieller Umwelt- und Sicherheitsprobleme. Wenn die Synthese der Perowskit-Pulver mit äquimolarer Kationenzusammensetzung erfolgreich ist, soll der Nickelanteil der Komposition variiert werden. Dies könnte in einer Exsolution des Nickels resultieren, welche positive Auswirkungen auf die katalytischen Eigenschaften des Pulvers hätte. Um die so entstehenden Partikel strukturell zu klassifizieren, werden zusätzlich zu den bereits genannten Methoden Transmissionselektronenmikroskopie und Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie eingesetzt, was genauere Informationen zur Partikelgröße und -struktur ermöglicht. Daraufhin werden die Pulver durch Pressen und Sintern zu Sauerstofftransportmembranen verarbeitet. Iterationsschleifen, in denen die Parameter angepasst werden, sollen in Kombination mit struktureller Analyse den Erhalt der Phasenreinheit trotz der zum Sintern notwendigen hohen Temperaturen ermöglichen. Die elektrische Leitfähigkeit und die Sauerstoffpermeation der Membranen wird untersucht. Außerdem werden die elektrokatalytischen Eigenschaften der Pulver und der Membranen analysiert. Erhalten werden somit elektrokatalytische sauerstofftransportierenden Membranen, die in verschiedenen heterogenen katalytischen Prozessen eingesetzt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen