8. Poröse Materialien Zeolites MCMs Bio-foams 2 nm 50 nm makroporös mikroporös mesoporös Proteine Moleküle

Selbstorganisation von Tensiden Temperatur lamellar kubisch hexagonal c.m.c = 0,45 % Mizellen kubisch c.m.c = critical micellar concentration % C12TA Cl 20 40 60 80 100 Chiuz, 2005, 39, 36-44

Mizellen sind über einen größeren Bereich regelmäßig angeordnet Stäbchenmizellen: a a Hexagonal Periodisch in zwei Dimensionen

Synthese von MCM41 Hexadecyltrimethylammoniumbromid 2 nm Angew. Chem. 2006, 118, S. 5335; Angew. Chem. 2003, 115, 3730

Kondensation der Silikatvorstufen

True Liquid Crystal Templating (LCT) LC-Bildung Auffüllen LC Bei hohen Tensidkonzentrationen

Kooperativer Mechanismus LC-Bildung Silikat- anionen

Pulverdiffraktogramme sin  = /2d =1,5405 / (2•39) = 0,0198 2 = 2.26° d100 = 39 Å 1/d2 = 4(h2 + hk + k2)/(3a2) + l2/c2 a = 45 Å d100 = 31/2a/2

Transmissionselektronenmikroskopie dp = 2 nm dp = 4 nm dp = 6,5 nm dp = 10 nm SiO2 J. S. Beck et al., J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10837.

Andere Mesostrukturen MCM-50 MCM-41 Temperatur lamellar MCM-48 kubisch hexagonal kubisch Mizellen 20 40 60 80 100

Andere Materialien TiO2 CdS Pt C

TiO2 Calc. 350°C TiO2 TiO2•H2O Antonelli, Angew. Chem. 1995, 107, 2203.

CdS Cd(NO3)2 H2S Flüssigkristall CdS Tohver, Chem. Mater. 1997, 9, 1495.

Metalle C16EO8 H2PtCl6 N2H4 Flüssigkristall Pt-Metall Attard, Angew. Chem. 1997, 109, 1372.

Kohlenstoff: CMK-3 Nanocasting Carbon Mesostructured by Kaist Sacharose (Rohrzucker) + H2SO4 Pyrolyse HF or NaOH Mesoporöses SiO2 (SBA-15) SiO2/Kohlenstoff Komposit Mesoporöser Kohlenstoff (CMK-3)

Profil Anwendungen Porengröße: 3-5 nm Spez. OF: 700-1500 m2g-1 Geordnet Zusammensetzung Oberflächenfunktionalität Katalyse Membranen Adsorbentien Quantenstrukturen

Epoxidierung Ti-Zeolith

Epoxidierung Statt H2O2 auch TBHP:

Epoxidierung Ti-MCM-41

Hydrocracken Pd/Al-MCM-41 Palladium Metall: Hydrierfunktion Saure Crackfunktion H2

Metallierte Silicaphasen Pd Metall 350°C Gasphasenabscheidung

Feinchemie: Heck Reaktion

Mechanismus der Heck Reaktion

Veankerung von Basischen Zentren an MCM-41 triazabicyclodecene pKB = 25 Y. V. S. Rao, D.E. De Vos, P.A. Jacobs, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997, 36, 2661- 2663. High activity Good reusability low thermal stability

Komplexe Si OH O OH Si O OH Si - 3 MeOH (Salicylidenaminopropyl)amin Si OH 3-Chlorpropyl-trimethoxysilan O OH Si O OH Si - 3 MeOH Katalytisch aktive Komplexe (Epoxidierung) Leichte Abtrennbarkeit

Epoxidierung mit Mangan (III) Oxidationsmittel: HOCl Mn(III) O=Mn(V) Iodosylbenzol Kochi, J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 2309.

Polymerisation MAO Polyethylen, Polypropylen z.T. verbesserte Polymereigenschaften

M41 Materialien als Adsorbentien Adsorption Regenerierung 120-150°C Mitsubishi Heavy Industries

M41 Materialien als Adsorbentien Hg2+ Pb2+ Si OH O OH SH Si Poröser Filter O OH Si Feste Anbindung von Hg2+ oder Pb2+

Mesoporöse Wirtsgitter Elektrisch Leitendes Polyanilin in MCM-41 Wu und Bein., Chem. Mater. 1994, 6, 1109.

Metallische Nanodrähte HF Pt(NH3)4(NO3)2

Halbleiter CdS, ZnS, GaN Energie Porengröße Größe der Partikel 3,8 nm Hirai, J. Phys. Chem. B, 1999, 103, 4228.

Oxidpartikel ZrOCl2 Erhitzen Lösung ZrO2 Nanopartikel SBA-15

Poröse Membranen Problem 1: Defekte Problem 2: Orientierung

Poröse Membranen

Aluminiumoxid 2 Al  2 Al3+ + 6e- Al2O3 2 Al3+ + 3 OH-  Al2O3 + 3 H+ 6 H+ + 6e-  3 H2 2 Al3+ + 3 OH-  Al2O3 + 3 H+ 2 Al + 3 H2O  Al2O3 + 3 H2 Al2O3 Aluminium + Wässr. Schwefelsäure - z.B. 15 % H2SO4: Al2O3 geringfügig löslich

Struktur ca. 75 nm 20 – 100 nm Al Sander et al., Chem. Mater. 2003, 15, 335.

Geordnete Strukturen Al Al Al Periodischer Stempel (SiC oder Si3N4, Lithographisch) Al Al Al Defekterzeugung Anodisierung H. Masuda, K. Fukuda, Science 1995, 268, 1466.

Membranen 5% H3PO4 Al Na2SiO3 Monodisperse Emulsionstropfen Oxidation in Lösung 5% H3PO4 Al HgCl2 Na2SiO3 Monodisperse Emulsionstropfen (SiO2 Nanopartikel) Yanagishita, Langmuir 2004, 20, 554.

Anderer Anwendungen: Färbung von Aluminium Farbstoff Versiegeln z. B. PbCrO4 Oder organische Farbstoffe Erhitzen in Wasser Al Al

Sensoren Au-elektrode I Al Feuchtigkeitssensor: Stromstärke ändert sich mit H2O-Gehalt.

Katalytische Anwendungen Metall z. B. Pt + O2 1-2 m z.B. katalytische Verbrennung Al Oder Epoxidierung Ag

Nanodrähte Ag+ Ag+ H3PO4 Al Al Al - + Al Cross section Choi et al., Chem. Mater. 2003, 15, 776.

Mikroreaktionstechnik: Ermöglicht die sichere Reaktionsführung in explosiven Reaktionsgemischen O2 Ehrfeld Mikrotechnik

Integrierter Mikro-Reaktor in Si Technologie (H2-Dampfreformer) Silizium Reaktor mit integrierter Palladium-Membran zur Wasserstofferzeugung

etched silicon-plates Housing from high temp. steel (1.4841) etched silicon-plates 15 mm 12 mm

17,6µm

Journal of the Electroch. Society 146 (8) 2968-2975 (1999) <100> p-type silicon wafers (5-1000  cm), 300µm thick, 10cm diameter H2SO4 / H2O2 cleaning anodic etchig using electrolyte containing aqueous HF / DMF –solution (Dimethylformamide) galvanostatic condition (constant current) Lehmann et al. Journal of the Electroch. Society 146 (8) 2968-2975 (1999)

Formation of inverted pyramids KOH etches silicon very selectively to the crystal orientation, (111) planes are etched very slowly. Formation of inverted pyramids 1 Silicon substrate photo resist Si-nitride (SiO2) 2 Silicon substrate 3 lithography and oxide etching Silicon substrate KOH - etching 4 Silicon substrate

(j=15mA/cm2, galvanostatic conditions) <100> Silicon substrate Pd/Pt back metal sputtering Pd, (PdCu0.4) /Pt 6 Deep anodic etching Pd, (PdCu0.4) /Pt HF:H2O:Iso-Prop. {5:25:9} (j=15mA/cm2, galvanostatic conditions) Wafer etch through in 3h35‘