title: Nanoporöse Metalloxid-Spinelle - Synthese, Charakterisierung und Verwendung als Gas Sensoren
title: vorgelegt von Patrick Schnippering ; [Gutachter: Prof. Dr. Michael Tiemann, PD. Dr. Hans Egold]
titleType: Subtitle
Creators: name: Schnippering, Patrick
Publisher: name: Universität Paderborn
Year: 2022

description: Seit der Entwicklung geordnet-nanoporöser Strukturen (MCM-Serie) im Jahr 1992, hat sich das “Nanocasting“-Verfahren für die Synthese nanostrukturierter Funktionsmaterialien etabliert. Dabei wird eine Vorläuferverbindung (z.B. Metallsalz) in einer Strukturmatrix (z.B. Siliziumdioxid) thermisch umgesetzt. Die poröse Struktur des so hergestellten Metalloxids stellt den negativen Abdruck der Strukturmatrix (“Replika“) dar. Diese Methode wird in dieser Arbeit für die Synthese von Cobalt(II,III)oxid (Co3O4) und Magnesiumferrit (MgFe2O4) verwendet. Im ersten Teil der Arbeit wird die Charakterisierung (u.a. Röntgenpulverdiffraktometrie; N2 Physisorption; Elektronenmikroskopie) des nanoporösen Co3O4 vorgestellt. Der Einfluss der Syntheseatmosphäre sowie des Einbaus von Eisen/Nickel auf die strukturellen Eigenschaften des Co3O4 wird diskutiert. Der Fokus dieses Abschnitts liegt in der Verwendung des Materials als Halbleiter-Sensor für Kohlenmonoxid. Der Einfluss der Syntheseatmosphäre sowie des Einbaus von Nickel auf die sensorischen Eigenschaften von Co3O4 wird dargestellt. Der zweite Teil der Arbeit behandelt die Charakterisierung des nanoporösen MgFe2O4. Es wird eine bisher nicht in der Literatur beschriebene Synthese (Kombination einer “Nanocasting“-Methode mit einem “Sol Gel“ Verfahren) vorgestellt. Dabei findet eine interessante Änderung des Wachstumsmechanismus des Metalloxids in den Poren der Strukturmatrix statt. Weiterhin werden die magnetischen und elektronischen Eigenschaften der MgFe2O4 Nanopartikel untersucht. Aufgrund ihrer günstigen elektronischen Bandlücke (~2eV) stellen sie ein interessantes Material für photokatalytische Anwendungen dar.
description: Since the development of ordered-nanoporous structures (MCM-Series) in 1992 the so called “Nanocasting”-method has been established for the synthesis of nanostructured functional materials. There a precursor (i.e., metal salt) is thermally converted inside the pores of a structure matrix (i.e., SiO2). The porous structure of the resulting metal oxide is the negative repilca of the structure matrix. In this work it is used for the synthesis of porous cobalt(II,III)oxide (Co3O4) and magnesium ferrite (MgFe2O4). The thesis is divided into two parts: First the characterisation (Powder X-Ray Diffraction; N2 Physisorption; Electron microscopy) of the nanoporous cobalt(II,III)oxide is presented. There the influence on the structural parameters of the material by variation of the atmosphere during the thermal treatment and the introduction of Nickel and iron into the cobalt(II,III)oxide is discussed. The main focus of this part is cobalt(II,III)oxide as semiconducting sensor material for carbon monoxide. The influence of variation of the atmosphere during the thermal treatment and the introduction of nickel into the structure on the sensorily properties of the cobalt(II,III)oxide is presented. The second part deals with the characterisation of the nanoporous magnesium ferrite. This includes a new synthesis approach by combining “Nanocasting” with a “Sol Gel”-method. Here an interesting change of the growth mechanism of the metal oxide inside the pores of the structure matrix is observed. Furthermore, the magnesium ferrite nanoparticles are characterised regarding their magnetically and electrical properties. Because of a favourable electrical band gap around 2 eV, it is a promising material for photocatalytic reactions.