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Synthese von polymeren kolloidalen Kristallen auf Basis von Acrylnitril und deren thermische Behandlung zu porösen Kohlenstoffen

Schlander, Annika Maj-Britt (2021):
Synthese von polymeren kolloidalen Kristallen auf Basis von Acrylnitril und deren thermische Behandlung zu porösen Kohlenstoffen. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität Darmstadt,
DOI: 10.26083/tuprints-00017948,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Synthese von polymeren kolloidalen Kristallen auf Basis von Acrylnitril und deren thermische Behandlung zu porösen Kohlenstoffen
Language: German
Abstract:

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese von porösen Kohlenstoffmaterialien aus polyacrylnitrilbasierten Kern-Schale-Partikeln. Poröse Kohlenstoffmaterialien stellen einen wichtigen Baustein für die Forschung in der Batterie- und Superkondensatortechnik sowie in der Katalyse dar. Die Kern-Schale-Partikel können über die starved-feed Emulsionspolymerisation mit gezielt einstellbarer Größe und definierbarem Verhältnis zwischen Kern und Schale synthetisiert werden. Dadurch wird eine vorab definierbare Porengröße für das finale Kohlenstoffmaterial ermöglicht. Während der folgenden thermischen Prozesse wird das polymere Kernmaterial zersetzt und es kann eine poröse Kohlenstoffstruktur erhalten werden. Ausgehend von den Partikeln wurden zwei Wege zur Herstellung von geordneten porösen Kohlenstoffen verfolgt. Zum einen wurden kolloidal kristalline Filme mittels des Schmelze-Scher-Verfahrens hergestellt. Die so erhaltenen Opalfilme wurden zunächst unter oxidativer Atmosphäre stabilisiert und anschließend unter Inertgas verkohlt. Die Stabilisierung wirkt sich dabei stark auf die Optik der Opalfilme aus, was sie auch für optische und sensorische Anwendungen interessant macht. Zum anderen wurden die reinen getrockneten Partikel, die durch den Trocknungsprozess eine hoch geordnete Struktur ausbilden, ebenfalls unter oxidativer Atmosphäre stabilisiert. Anschließend wurde eine Verkohlung entweder unter inerter oder in aktivierender ammoniakalischer Atmosphäre durchgeführt. Durch letztere solle eine Verbesserung der inneren Oberfläche, sowie der Erhalt des Stickstoffs im finalen Kohlenstoffgerüst gewährleistet werden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Scope of this work was the synthesis of porous carbon materials from polyacrylonitrile-based core-shell particles. Porous carbon materials are an important reserch field in battery and supercapacitor technology as well as in catalysis. Core-shell particles with selectively adjustable size and definable core-shell ratio can be obtained by starved-feed emulsion polymerisation. This enables a pre-defined pore size for the final carbon material. During subsequent thermal processes, the polymeric core material is decomposed and a porous carbon structure can be obtained. Starting from the particles, two routes for the production of ordered porous carbons were used in this work. Firstly, opal films were prepared using the melt-shear organisation technique. The produced opal films are first stabilised under an oxidative atmosphere and then carbonised under inert atomsphere. The stabilisation has a strong effect on the optics of the opal films, which makes them interesting for optical and sensing applications. Secondly, the pure dried particles, which also form a highly ordered structure due to the drying process, are also stabilised under an oxidative atmosphere. Subsequently, carbonisation was carried out either under inert or activating ammonia atmosphere. The activating atmosphere should improve the specific surface area as well as the preservation of the nitrogen in the final porous carbon material.

English
Place of Publication: Darmstadt
Collation: vii, 382 Seiten
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: 07 Department of Chemistry > Fachgebiet Makromolekulare Chemie
Date Deposited: 08 Dec 2021 13:07
Last Modified: 08 Dec 2021 13:07
DOI: 10.26083/tuprints-00017948
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-179484
Referees: Gallei, Prof. Dr. Markus ; Biesalski, Prof. Dr. Markus
Refereed: 30 September 2021
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/17948
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