Titelaufnahme

Titel
Aggregation von TiO2-Nanokristallen / von Michael Elser
VerfasserElser, Michael
Begutachter / BegutachterinDiwald, Oliver ; Hüsing, Nicola
Erschienen2010
Umfang113 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2010
SpracheDeutsch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Aggregation / Korngrenzen / substöchiometrisch / TiO2 / Sauerstoffadsorption / Elektronenspinresonanz / FTIR / Partikelnetzwerk / Sauerstoffdefizit / Elektronenzentrum
Schlagwörter (GND)Nanokristall / Anatas / Aggregation / CVD-Verfahren
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-37438 Persistent Identifier (URN)
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Aggregation von TiO2-Nanokristallen [13.96 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Das Verständnis der Grenzflächeneigenschaften von Nanopartikeln und insbesondere ihrer Korngrenzen ist von entscheidender Bedeutung für den erfolgreichen Einsatz dieser Materialien in elektronischen Bauteilen, Sensoren, Brennstoffzellen, Solarzellen sowie generell in der Katalyse. In dieser Arbeit wird über die Lösungmittel-freie Synthese der Chemischen Gasphasenabscheidung ein Pulver hergestellt, welches aus isolierten Anatas-Nanokristallen besteht. Durch Dispergieren in Wasser und anschließende Trocknung werden aus den ursprünglich isolierten Nanopartikeln feste Monolithe erhalten. Untersuchungen mittels TEM, BET und XRD zeigen, dass die Struktur und kristallographische Phase der Primärpartikel unverändert bleibt. Dies gilt auch für Proben, welche durch hydrostatisches Pressen von Pulver isolierter Nanopartikel verdichtet werden. Sowohl über den Weg der Lösungsmittel-induzierten Aggregation sowie auch über das Verdichten mittels hydrostatischen Pressens, werden Korngrenzen zwischen den ursprünglich isolierten Nanopartikeln erzeugt.

Im Falle von TiO2 ist es möglich durch thermisches Aktivieren im Hochvakuum Anionenfehlstellen durch Gittersauerstoffabreicherung zu erzeugen. Anhand der Elektronenspinresonanz-Spektroskopie kann gezeigt werden, dass die Defektbildungsenthalpie für die Bildung von Anionenfehlstellen auf den Nanopartikelnetzwerken kleiner ist, als auf den isolierten Nanopartikeln. Zusätzlich wird mittels ESR ein elektronischer Defektzustand auf den Nanopartikelnetzwerken beobachtet, welcher auf isolierten Nanopartikeln nicht beobachtet wird. Dieser Defektzustand zeigt eine Wechselwirkung mit elektronenaffinen Gasen, insbesondere mit Sauerstoff. Deshalb wurde die Oberfläche der Nanopartikelnetzwerke unterschiedlichen Sauerstoffbedeckungsgraden ausgesetzt und die resultierende Veränderung der ESR-Signalcharakteristik dieses Defektzustandes zu untersuchen. Der Einfluss der Korngrenzen wird in weiterer Folge auch auf anderen TiO2-basierenden Materialien wie Anatas-Aerogel, Na2Ti3O7-Nanodrähten und H2Ti3O7-Nanorollen untersucht. Dabei werden vergleichbare Resultate erzielt wie auf den Nanokristallnetzwerken.

Weiters wird über eine thermische Aktivierung im Hochvakuum unter konstanten Druckbedingungen und einem definierten Temperaturprogramm ein substöchiometrisches Nanopartikelnetzwerk TiO2-[delta] mit einem Sauerstoffdefizit [delta] erzeugt. Durch die Kopplung einer FT-IR-Transmissionszelle mit einem Massenspektrometer ist es möglich, quantitativ Sauerstoffadsorptionmessungen auf TiO2-[delta] zu messen.

Mittels dieser Daten ist es möglich, das Sauerstoffdefizit [delta] zu bestimmen.