Nanoskalige Energie- und Strukturmaterialien

Nanoskalige Energie- und Strukturmaterialien

Die Arbeitsgruppe entwickelt nanoskalige anorganische Materialien für den Einsatz im Bereich Energieforschung und Nanocomposite. Ziel unserer Aktivitäten ist ein optimiertes Nanopartikelsystem zur Anwendung in unterschiedlichsten Matrizes. Ausgehend von unserer Expertise im Bereich der Nanopartikelsynthese und -chemie passen wir die Oberflächenchemie unserer Partikelsysteme auf die jeweilige Anwendung an, um die benötigten Eigenschaften der Partikelsysteme auch im Zusammenspiel mit der Anwendungsumgebung optimal nutzen zu können. Wichtig in diesem Zusammenhang ist auch die Weiterverarbeitung der Partikel z. B. zu druckfähigen Tinten oder Pasten.

Im Bereich der Elektrokatalyse konzentrieren wir uns auf die Weiterentwicklung geträgerter platinbasierter Nanopartikel zum Einsatz in (Direktmethanol)Brennstoffzellen. Hier spielen die Reduktion des Platinanteils als auch die gezielte Variation der Kristallinität und Kristallform eine zentrale Rolle.

In diesem Zusammenhang beschäftigen wir uns mit der Entwicklung neuer Syntheserouten zur kostengünstigen Herstellung qualitativ hochwertiger Materialsysteme in größeren Mengen.

Auf dem Gebiet der spektralen Energiekonvertersysteme wird an der Nutzung und Optimierung Seltener Erden dotierter Nanopartikel gearbeitet. Neben den optischen Eigenschaften ist es über eine Kodotierung möglich, die Materialsysteme zu sogenannten »dual probe«-Systemen weiterzuentwickeln indem ihnen z.B. magnetische Eigenschaften mitgegeben werden. Diese Materialien finden Anwendung im Bereich Beleuchtung (u.a. LED Phosphor), Photovoltaik, als Sicherheitsmerkmal oder auch als Biomarker.

Schließlich stellen wir nanoskalige Materialien als Oxide, Sulfate, Vanadate und auch Phosphate her und entwickeln diese zur Anwendung in Compositen weiter.

Der Nutzen dieser Systeme ist dabei so unterschiedlich wie ihr Einsatz als Füllstoff zur Erhöhung des Brechungsindex und als Streuzentrum für optische Anwendungen, als Träger von (photo)katalytischen Eigenschaften oder auch als Kontrastmittel bei medizintechnologischen Bauteilen.

Unsere Forschungsthemen

Energie(konversions)materialien

  • (Edel)metallnanopartikel zur Anwendung in Brennstoffzellen (DMFC)
  • Seltene Erden-dotierte Nanopartikel zur Anwendung als spektrale Konverter

Strukturmaterialien

  • Oxide, Sulfate als Füll- und Strukturstoff
  • Seltene Erden-dotierte Nanopartikel als Label

Unser Leistungsspektrum

  • Entwicklung und Herstellung von Nanopartikeln aus Edelmetallen und Edelmetalllegierungen für den Einsatz in der Elektrokatalyse
  • Entwicklung und Herstellung von Seltene Erden dotierten Nanopartikeln als spektraler Energiekonverter (u.a. LED/lighting, Photovoltaik, Sicherheitslabel und Biomarker)
  • Entwicklung und Herstellung nanoskaliger Oxide, Phosphate, Sulfate, Vanadate
  • Modifizierung der Oberflächenchemie passend für die jeweilige Umgebung (Matrix) der Anwendung (u.a. Trägerung von Nanopartikeln auf Kohlenstoff, Ligandenaustausch, Verkapselung mit Silica)
  • Entwicklung von Tintenformulierung zur Weiterverarbeitung der Materialsysteme mittels Druckverfahren (InkJet, Siebdruck, Tiefdruck, 3D-Druck)
  • Charakterisierung nanoskaliger Strukturen mittels Elektronenmikroskopie (REM, TEM)
  • Durchführung von Machbarkeitsstudien, Beratung

Unsere Ausstattung

  • Syntheselabor mit Schlenklinien
  • 20-Liter-Rührkessel zu Herstellung von Nanopartikeln im Batch
  • 1-Liter Autoklav
  • Flussreaktor zur Herstellung von Metallnanopartikeln (im Aufbau)
  • Spin- und Dipcoater zur Herstellung dünner Schichten
  • Gloveboxstraße zur Herstellung von Labordemonstratoren
  • Messstände für die elektrochemische Charakterisierung (Cyclovoltammetrie mit rotierenden Scheibenelektroden (RDE))