8. Poröse Materialien Zeolites MCMs Bio-foams 2 nm 50 nm makroporös

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

2 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

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

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

5 Kondensation der Silikatvorstufen

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

8 Kooperativer Mechanismus
LC-Bildung Silikat- anionen

9 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

10 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,

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

12 Andere Materialien TiO2 CdS Pt C

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

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

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

16 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)

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

18 Epoxidierung Ti-Zeolith

19 Epoxidierung Statt H2O2 auch TBHP:

20 Epoxidierung Ti-MCM-41

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

22 Metallierte Silicaphasen
Pd Metall 350°C Gasphasenabscheidung

23 Feinchemie: Heck Reaktion

24 Mechanismus der Heck Reaktion

25 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, High activity Good reusability low thermal stability

26 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

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

28 Polymerisation MAO Polyethylen, Polypropylen
z.T. verbesserte Polymereigenschaften

29 M41 Materialien als Adsorbentien
Adsorption Regenerierung °C Mitsubishi Heavy Industries

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

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

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

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

34 Oxidpartikel ZrOCl2 Erhitzen Lösung ZrO2 Nanopartikel SBA-15

35 Poröse Membranen Problem 1: Defekte Problem 2: Orientierung

36 Poröse Membranen

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

48 17,6µm

49 Journal of the Electroch. Society 146 (8) 2968-2975 (1999)
<100> p-type silicon wafers (  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) (1999)

50 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

51 (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‘

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