Eindimensionale oxidische und kohlenstoffbasierte Funktionsmaterialien durch Strukturierung mittels elektrogesponnener Polymertemplate

In dieser Arbeit werden die Möglichkeiten des Elektrospinnens zur Synthese verschiedenartiger faser- und röhrenförmiger Funktionsmaterialien in oxidischer und kohlenstoffbasierender Form und deren Anwendung im Bereich der Photokatalyse, der Oxidation von Kohlenstoffmonooxid bzw. der Elektroden von Lithium-Ionen Batterien untersucht. Grundlage waren die beiden kommerziellen Polymere Polystyrol und Polyacrylnitril, die entweder als Templat dienten oder direkt zum strukturierten Material über einen Vorläuferprozess umgesetzt wurden. Aus der Templatsynthese konnten Titan- und Siliziumdioxid sowohl als Röhren wie auch als Fasern mit makroporösem Kern erzeugt werden. Mit letzteren lassen sich durch pseudomorphe Transformation in mesoporöses MCM-41 Material spezifische Oberflächen von über 1000 m²/g erreichen. Zusätzlich ist die Modifikation durch verschiedene Zusätze bzw. Nachbehandlungen möglich. Es lassen sich Metallnanopartikel bzw. funktionelle Gruppen einbringen oder die Porengröße bzw. die Wandstärke variieren. Neben diesen wird aufgezeigt, wie sich Zinkoxidröhren mit einer schichtartigen Wandstruktur ebenfalls über eine Hydrothermalsynthese gewinnen lassen. Nutzt man das Polystyrol als Kohlenstoffquelle, werden Röhren gebildet, die glaskohlenstoffartige Eigenschaften aufweisen und sich durch Sprühkondensation mit Metalloxidnanopartikel von Titan, Vanadium und Zirkonium modifizieren lassen. Alternativ ist es möglich, Kohlenstoff und Siliziumdioxid zur Reaktion zu bringen, um mesoskopische Siliziumcarbidröhren zu synthetisieren. Die Vorläuferroute auf der Grundlage von Polyacrylnitril und Eisen- und Kupferoximatkomplexen als Metalloxidvorläufer ermöglicht den Zugang zu CuFeO2 Nanodrähten mit einer delafossitartigen Struktur über ein zweistufiges interverfahren.

In this thesis the possibilities of the electrospinning process for the synthesis of different oxide and carbon based fibre and tube materials and their application in the fields of photocatalysis, carbon monooxide oxidation and lithium-ion batteries is shown. Two commercial polymers - polystyrene and polyacrylonitrile - were used as base materials in a template and a precursor synthesis. Results from the template route were titanium dioxide and silicon dioxide tubes and fibres with a macroporous core. A pseudomorphic transformation of the silica material enables the formation of mesoporous MCM-41 with specific surfaces of more than 1000 m²/g. A modification with metal oxide nanoparticles, with different functional groups, of the pore size and of the wall thickness is possible by additives and post synthesis grafting. Additionally, the formation of zinc oxide tubes with a nanosheeted wall structure is shown by a hydrothermal synthesis. If the polystyrene is used as carbon source, glassy carbon like carbon tubes were formed which can be modified with TiO2, VOx and ZrO2 nanoparticles by spray condensation. Carbon and silica can also react to mesoscopic siliconcarbide tubes. CuFeO2 delafossite type nanowires were built of iron and copper oximato complexes from a precursor route based of polyacrylonitrile and a two steps sintering process.