Dokument: Synthese und Untersuchung von Metall- und Metallfluorid-Nanopartikeln, Immobilisierung auf kovalenten triazinbasierten Netzwerken und Katalyse
| Titel: | Synthese und Untersuchung von Metall- und Metallfluorid-Nanopartikeln, Immobilisierung auf kovalenten triazinbasierten Netzwerken und Katalyse | |||||||
| Weiterer Titel: | Synthesis and investigation of metal- and metal fluoride nanoparticles, immobilization on covalent triazine-based frameworks and catalysis | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=49516 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20190508-102124-8 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Siebels, Marvin [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Janiak, Christoph [Gutachter] Prof. Dr. Ganter, Christian [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Nanotechnologie, Metallnanopartikel, Metallfluoridnanopartikel, Ionische Flüssigkeiten, Heterogene Katalyse | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Im Zuge dieser Doktorarbeit wurde die Synthese und Charakterisierung verschiedener Metall-Nanopartikel (M-NPs), Seltenerdmetallfluorid-Nanopartikel (engl. rare earth metal fluoride nanoparticles, REF3-NPs) und Kompositnanomaterialien durchgeführt. Darüber hinaus wurden ausgewählte NPs und Kompositmaterialien hinsichtlich ihrer katalytischen Aktivität und elektrochemischen Eigenschaften untersucht. Das übergeordnete Thema wurde in zwei Forschungsschwerpunkte unterteilt.
Der Fokus des ersten Forschungsschwerpunkts lag in der Darstellung und umfassenden Charakterisierung phasenreiner REF3-NPs und nicht-oxidierter Seltenerdmetall-Nanopartikel (RE-NPs), für RE = Pr, Eu, Gd und Er. Die Synthesen der REF3-NPs und RE-NPs wurden mittels mikrowelleninduzierter Zersetzung der Metallamidinate RE(amd)3 (RE = Pr(III), Gd(III), Er(III)) und Europium(III) Tris(2,2,6,6-Tetrametyhlheptan-3,5-dionat) durchgeführt. Als Reaktionsmedium wurden die ionischen Flüssigkeiten (ILs) 1-Butyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborat ([BMIm][BF4]) und 1-Butyl-3-methylimidazolium Bis(trifluormethylsulfonyl)imid ([BMIm][NTf2]) sowie das organische Lösungsmittel Propylencarbonat (PC) verwendet. In Abhängigkeit des Reaktionsmediums wurden PrF3-, EuF3-, GdF3- und ErF3-NPs, in der fluoridhaltigen IL [BMIm][BF4] oder reine nicht-oxidierte (und nicht-fluorierte) RE-NPs, für RE = Pr0, Gd0, Er0, synthetisiert in [BMIm][NTf2] oder PC erhalten. Die Ergebnisse zur mikrowelleninduzierten Synthese der phasenreinen REF3- und RE-NPs eröffnen neue Anwendungsmöglichkeiten reiner Seltenerdmetall-NPs und Anwendungen elektrochemischer Natur. Im Rahmen des zweiten Forschungsschwerpunkts wurden Kompositmaterialien, bestehend aus Edelmetall-NPs (Edelmetall = Ru, Rh, Ir, Pt) und des mikroporösen Trägermaterials CTF-1 (engl. covalent triazine-based framework, CTF) hergestellt und charakterisiert. Des Weiteren wurden die Materialien hinsichtlich ihrer katalytischen Aktivität untersucht. Die NP-Synthese und gleichzeitige Immobilisierung der Nanopartikel auf CTF-1, wurde mittels Mikrowellenstrahlung, ausgehend ihrer binären Metall(0)carbonyle (Metall = Ru, Rh, Ir) oder Platin(II)acetylacetonat (Pt(acac)2), in den ILs [BMIm][NTf2], [BMIm][BF4] oder PC durchgeführt. Die Verwendung von schwach koordinierenden ILs oder PC als Reaktionsmedium, kann als Schlüssel für die Synthese und erfolgreiche Immobilisierung von M-NPs auf CTF gesehen werden. Nach erfolgreicher Synthese und Charakterisierung von Ru@CTF-1, Rh@CTF-1, Ir@CTF-1 und Pt@CTF-1 wurden die Komposite hinsichtlich ihrer katalytischen Aktivität geprüft. Rh@CTF-1 erwies sich als hochaktiver (~31000 mol Cyclohexan • (mol Rh)–1 • h–1) heterogener Katalysator für die Hydrierung von Benzol zu Cyclohexan. In Kooperation mit der Wuhan University of Technology wurden Rh@CTF-1 und Pt@CTF-1 für die Anwendung als Elektrokatalysator der Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) eingesetzt. Im Vergleich zu Pt@CTF-1 und dem kommerziell erhältlichen Katalysator Pt/C, zeigte Rh@CTF-1 eine überlegende HER-Aktivität.In this thesis, the synthesis and characterization of various metal nanoparticles (M-NPs), rare earth metal fluoride nanoparticles (REF3-NPs) and composite nanomaterials were performed. In addition, selected composite materials and NPs were investigated for their catalytic activities and electrochemical properties. The topic has been divided into two research focuses. The research focus of the first part was the synthesis and characterization of phase pure REF3-NPs and non-oxidized rare earth metal nanoparticles (RE-NPs), for RE = Pr, Eu, Gd and Er. The syntheses of the REF3-NPs and RE-NPs were completed by microwave-induced decom-position of the metal amidinates RE(amd)3 (RE = Pr, Gd, Er) and tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato)europium(III) in the ionic liquids (ILs) 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([BMIm][BF4]), 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([BMIm][NTf2]) or in propylene carbonate (PC). Depending on the used reaction media, phase pure PrF3-, EuF3-, GdF3-, and ErF3-NPs were obtained in the fluoride-donating IL [BMIm][BF4] or oxide-free RE-NPs (RE = Pr0, Gd0 and Er0), synthesized in the hydrophobic IL [BMIm][NTf2] or in PC respectively. The results of the microwave-induced synthesis of phase pure REF3- and RE-NPs may open new avenues for applications of pure RE-NPs and understanding of electrochemical nature. In the second research focus, composite materials consisting of noble metals NPs (noble metal = Ru, Rh, Ir, Pt) and the microporous supporting material CTF-1 (covalent triazine-based framework, CTF) were synthesized, characterized and their catalytic activity investigated. The NP synthesis and simultaneous immobilization of the NPs on CTF-1 was performed by rapid microwave induced decomposition of their binary metal(0) carbonyls for Ru, Rh and Ir or platinum(II) acetylacetonate (Pt(acac)2) in the ILs [BMIm][NTf2], [BMIm][BF4] or in PC. The use of weakly coordinating IL or PC as reaction medium can be seen as a key to the synthesis and successful deposition of M-NPs on the CTF. After synthesis and characterization of Ru@CTF-1, Rh@CTF-1, Ir@CTF-1 and Pt@CTF-1, the composites were tested for their catalytic activities. Among them Rh@CTF-1 composite nanomaterial proved to be a highly active (~31000 mol cyclohexane • (mol Rh)–1 • h–1) heterogeneous catalyst for the hydrogenation of benzene to cyclohexane. In cooperation with the Wuhan University of Technology, China, Rh@CTF-1 and Pt@CTF-1 composite nanomaterial was used as electrocatalyst for hydrogen evolution reaction (HER). Compared to Pt@CTF-1 and the commercial Pt/C catalyst, Rh@CTF-1 displayed a superior HER activity. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Bezug: | April 2016 bis April 2019 | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Anorganische Chemie und Strukturchemie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 08.05.2019 | |||||||
| Dateien geändert am: | 08.05.2019 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 08.04.2019 | |||||||
| Datum der Promotion: | 03.05.2019 |
