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Nanostructured Materials: Synthesis and Application in Pseudocapacitors

Learn about mesostructuring, synthesis goals, methods, challenges, and applications of nanostructured materials in pseudocapacitors. Explore surface maximization, structure stability, and synthesis techniques like template methods and Ostwald ripening.

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Nanostructured Materials: Synthesis and Application in Pseudocapacitors

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Presentation Transcript

  1. Mesostrukturierung • Syntheseziele • Synthesemethoden • Probleme • Anwendung Max Schiewer

  2. 1. Syntheseziele Oberflächenmaximierung Zugänglichkeit der aktiven Stellen Stabilität der Struktur Max Schiewer

  3. 2. Synthesemethoden Harte Template : - viel organisches Lösungsmittel - teure Reagenzien (Precursors, Surfactants) - Entfernung des Templats Max Schiewer

  4. Template • Einlagern des Precursors • Hitzebehandlung des Precursors Max Schiewer

  5. Template T. Valdes-Solis, A.B. Fuertes, Materials Research Bulletin 41, 2006, 2187-2197

  6. Template • Einlagern des Precursors • Hitzebehandlung des Precursors • Templatentfernung Max Schiewer

  7. Template T. Valdes-Solis, A.B. Fuertes, Materials Research Bulletin 41, 2006, 2187-2197

  8. Endstruktur Füllvolumendichte Struktur des Templats Inverse Struktur des Templats => nanostructured material Kleine Partikel ( < 100nm) => nanoparticulate material Max Schiewer

  9. Template T. Valdes-Solis, A.B. Fuertes, Materials Research Bulletin 41, 2006, 2187-2197

  10. Template Weiche Template : - Polares Lösungsmittel - Precursor (metallische Alkoxide) - Amphiphile Blockcopolymere als Template Max Schiewer

  11. Template Bildung von Mizellen Anlagerung des Precursors an Mizelle Verlinken des Precursors Thermische Behandlung I.E. Rauda, V. Augustyn, Acc. of Chem. Res., 2013, 1113-1124

  12. 2. Synthesemethoden Ostwald Reifung: Auflösen von kleinen Kristallen/Sol-Partikeln und Rekristallisation des aufgelösten Materials an größere Kristalle/Sol-Partikel. Max Schiewer

  13. Ostwald Reifung Erreichen der kritischen Keimgröße r* Übersättigung der Lösung http://upload.wikimedia.org/wikibooks/de/thumb/7/74/DeltaG_rKrit_2.PNG/250px-DeltaG_rKrit_2.PNG

  14. Ostwald Reifung Hohlkörperbildung Hülle bestehend aus größeren Kristallen Antrieb: Verringern der Grenzflächenenergie C. Yec, Z. H.C., J. Mater. Chem. A, 2013, DOI: 10.1039/C3TA14203E

  15. Ostwald Reifung Symmetrisch oder Asymmetrisch : Packung und Größe der Kristalle Rekristallisationsbedingungen Max Schiewer

  16. Ostwald Reifung i) central hollowing ii) core- and york-Shell iii) off-centre core or yolk iv) Kombination von i - iii C. Yec, Z. H.C., J. Mater. Chem. A, 2013, DOI: 10.1039/C3TA14203E

  17. 3. Probleme • Entfernung des Templats • Strukturkontrolle • Hierarchisch-poröse Strukturen • Ostwald Reifung Max Schiewer

  18. 4. Anwendung Pseudocapacitors (Redoxreaktionen): Elektronen und Ionentransport Hohe Oberfläche/Porosität -> schneller Diffusion I.E. Rauda, V. Augustyn, Acc. of Chem. Res., 2013, 1113-1124

  19. Pseudocapacitor • Ionenintercalation • Elektrochemische Ionenabsorption I.E. Rauda, V. Augustyn, Acc. of Chem. Res., 2013, 1113-1124

  20. Quellen T. Valdes-Solis, A.B. Fuertes, Materials Research Bulletin 41, 2006, 2187-2197 L. Chuenchom, R. Kraehnert, Royal Soc. of Chem., Soft Matter, 2012, 10801-10812 C. Yec, Z. H.C., J. Mater. Chem. A, 2013, DOI: 10.1039/C3TA14203E I.E. Rauda, V. Augustyn, Acc. of Chem. Res., 2013, 1113-1124 http://upload.wikimedia.org/wikibooks/de/thumb/7/74/DeltaG_rKrit_2.PNG/250px-DeltaG_rKrit_2.PNG (13.01.2014) Max Schiewer

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