@PhdThesis{duepublico_mods_00072674,
  author = 	{Labusch, Marc},
  title = 	{Laserbasierte Nanopartikelsynthese und Impr{\"a}gnierung von mesopor{\"o}sen Katalysatoren, Aerogelen und Polymeren in {\"u}berkritischem CO2},
  year = 	{2020},
  month = 	{Sep},
  day = 	{01},
  keywords = 	{Nanopartikel; Gr{\"u}ne Chemie; Aerogele; {\"U}berkritisches CO2; Gepulste Laserablation; Heterogene Katalyse; Por{\"o}se Katalysatoren; In-situ-Tr{\"a}gerung},
  abstract = 	{Die vorliegende Arbeit behandelt die Synthese ligandenfreier, por{\"o}ser Katalysatoren durch die gepulste Laserablation in {\"u}berkritischem CO2. Die Hauptmotivation besteht darin, die g{\"u}nstigen Transporteigenschaften des {\"u}berkritischen CO2 auszunutzen, um lasergenerierte Nanopartikel in por{\"o}se Tr{\"a}germaterialien einzubringen. Zeitgleich stellt CO2 ein „gr{\"u}nes`` Prozessmedium dar, welches in Kombination mit dem laserbasierten Verfahren eine nachhaltige Syntheseroute f{\"u}r Tr{\"a}gerkatalysatoren darstellt. Bisherige experimentelle Untersuchungen zur gepulsten Laserablation in {\"u}berkritischem CO2 f{\"u}hrten aufgrund von Instabilit{\"a}ten der Nanopartikel zu gro{\ss}en Partikeln (< 500 nm) oder ausgedehnten Agglomeraten, welche durch die verringerte spezifische Oberfl{\"a}che weniger katalytisch aktiv sind. Diese Problemstellung konnte in dieser Arbeit erstmalig gel{\"o}st werden, indem im Rahmen einer In-situ-Tr{\"a}gerung ein Tr{\"a}germaterial direkt in die Ablationszone dispergiert wurde. Hierdurch konnte die Prim{\"a}rpartikelgr{\"o}{\ss}e der gebildeten Nanopartikel stark reduziert und eine Agglomeration verhindert werden. Zeitgleich konnten durch das In-situ-Verfahren wichtige Erkenntnisse {\"u}ber den Partikelwachstumsmechanismus in {\"u}berkritischem CO2 gewonnen werden. So konnte erstmalig kontr{\"a}r zur Literatur gezeigt werden, dass kleine Nanopartikel (< 10 nm) das prim{\"a}re Ablationsprodukt in {\"u}berkritischem CO2 sind. Eine Agglomeration zu gr{\"o}{\ss}eren Netzwerken oder ein Zusammenschmelzen zu gro{\ss}en Partikeln findet erst in einem zweiten Schritt statt. Querschnitte der Katalysatoren zeigen, dass durch das In-situ-Verfahren Eindringtiefen der Platinnanopartikel von 109 nm in mesopor{\"o}se $\gamma$-Al2O3-Partikel erreicht werden konnten. Durch die Beschreibung des In-situ-Prozesses mit Hilfe von dimensionslosen Kennzahlen konnte das Verfahren erstmalig auf die Synthese von funktionalisierten Aerogelen und Polymerkompositen transferiert werden.

Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein vollautomatisches System zur Echtzeitoptimierung der Ablationsrate w{\"a}hrend der kontinuierlichen Laserablation in Wasser entwickelt. Insbesondere bei l{\"a}ngeren Prozesszeiten konnten bisher aufgrund des Materialabtrages und der damit verbundenen {\"A}nderung im Arbeitsabstand keine konstanten Prozessbedingungen gew{\"a}hrleistet werden. Als Messgr{\"o}{\ss}e f{\"u}r den vollautomatisierten Aufbau diente die akustische Emission des Ablationsvorganges. Die Energie der akustischen Emission korreliert dabei mit der Nanopartikelproduktivit{\"a}t. Die Betrachtung der Phasenverschiebung des Signals erm{\"o}glicht zus{\"a}tzlich, die Kavitationsblasendynamik unter realen Prozessbedingungen zu untersuchen. Zusammenfassend konnten durch das automatisierte System zeitlich konstante Prozessbedingungen f{\"u}r ein weiteres Scale-Up des Ablationsprozesses gew{\"a}hrleistet werden.},
  doi = 	{10.17185/duepublico/72674},
  url = 	{https://duepublico2.uni-due.de/receive/duepublico_mods_00072674},
  url = 	{https://doi.org/10.17185/duepublico/72674},
  file = 	{:https://duepublico2.uni-due.de/servlets/MCRFileNodeServlet/duepublico_derivate_00072472/Diss_Labusch.pdf:PDF},
  language = 	{de}
}