FAQ
© 2015 Staats- und Universitätsbibliothek
Hamburg, Carl von Ossietzky

Öffnungszeiten heute09.00 bis 24.00 Uhr alle Öffnungszeiten

Eingang zum Volltext in OPUS

Hinweis zum Urheberrecht

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-36240
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2008/3624/


Nukleations- und Wachstumsmechanismus von NixPt1-x-Nanopartikeln und ihren charakteristischen Eigenschaften

Nucleation and growth mechanism of NixPt1-x nanoparticles and their characteristic properties

Ahrenstorf, Kirsten

Originalveröffentlichung: (2007) Colloidal Synthesis of NixPt1-x Nanoparticles with Tuneable Composition and Size K. Ahrenstorf, O. Albrecht, H. Heller, A. Kornowski, D. Görlitz, H. Weller, Small, 2007, 3, 271-274.
pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (4.505 KB) 


SWD-Schlagwörter: Nanopartikel , Superparamagnetismus , Katalyse
Freie Schlagwörter (Deutsch): Nickel-Platin
Basisklassifikation: 35.22
Institut: Chemie
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Weller, Horst (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 22.02.2008
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 15.04.2008
Kurzfassung auf Deutsch: Das Thema dieser Doktorarbeit war die Entwicklung einer organometallischen Synthese von NixPt1-x-Nanopartikeln und die Untersuchung des Nukleations- und Wachstumsmechanismus.
Die NixPt1-x-Nanopartikel konnten durch Reduktion von Nickel(II)-acetat und Platin(II)-acetylacetonat hergestellt werden. Als Reduktionsmittel wurde 1,2-Hexadecandiol verwendet und als Stabilisatoren wurden Ölsäure und Oleylamin eingesetzt. Es wurden verschiedene Reaktionsparameter untersucht, um ihren Einfluss auf die Partikelgröße und Zusammensetzung zu ermitteln. Die Zusammensetzung der Partikel hängt von dem eingesetzten Ni-Pt-Verhältnis ab und kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden. Mit zunehmender Nickelmenge steigt der Nickelgehalt der Partikel. Gleichzeitig werden die Nanopartikel größer. Außerdem ist die Partikelgröße und Zusammensetzung von der Ölsäurekonzentration abhängig. Mit steigender Konzentration nimmt die Partikelgröße ab und der Nickelgehalt sinkt. Oleylamin beeinflusst dagegen die Form der Partikel. Die Bindungen der beiden Stabilisatoren an der Partikeloberfläche wurden mittels ATR-FTIR-Spektroskopie untersucht.
Eine wichtige Vorraussetzung für die Größenkontrolle der Partikel während der Synthese ist die Kenntnis des Nukleations- und Wachstumsmechanismus. Doch gerade auf diesem Gebiet fehlen viele wichtige Informationen. Aus diesem Grund wurde der Nukleations- und Wachstumsmechanismus für die NixPt1-x-Nanopartikel untersucht. Der Wachstumsprozess wurde mittels TEM-Analyse, AAS-Spektroskopie und UV-Vis-Spektroskopie verfolgt. Die Untersuchungen führen zu der Annahme, dass die Nukleationskeime hauptsächlich aus Platin bestehen. Man kann vermuten, dass nur eine Nukleationsphase mit anschließendem Wachstum auftritt. Eine Ostwald-Reifung konnte nicht beobachtet werden. Daher kann man annehmen, dass der Wachstumsprozess durch den Verbrauch der Monomere erfolgt. Im Vergleich zum Platin konnte eine geringere Reaktivität des Nickels nachgewiesen werden. Der Grund könnte die Bildung stabiler Komplexverbindungen zwischen Nickel und Ölsäure sein. Aus diesem Grund muss ein Überschuss an Nickel eingesetzt werden, um Partikel mit einem Ni-Pt-Verhältnis von 1:1 zu erhalten.
Es ist möglich, den Wachstumsprozess durch kontinuierliche Injektion einer Monomerlösung zu verlängern und somit die Partikelgröße zu kontrollieren. Um eine zweite Nukleation zu verhindern, müssen jedoch die Injektionsrate und der Startpunkt der kontinuierlichen Injektion auf das System abgestimmt werden.
Die magnetischen Eigenschaften der NixPt1-x-Nanopartikel wurden mit einem SQUID-Magnetometer untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der Magnetismus der Partikel von der Zusammensetzung und Größe abhängt. Besitzen die Partikel einen Nickelgehalt von 42 % oder geringer, so sind sie im untersuchten Temperaturbereich paramagnetisch. Liegt der Nickelgehalt jedoch höher, so lässt sich superparamagnetisches Verhalten oberhalb der Blockadetemperatur beobachten. Unterhalb der Blockadetemperatur sind diese Partikel ferromagnetisch.
Außerdem wurde die katalytische Aktivität der NixPt1-x-Nanopartikel für die CO-Oxidation untersucht. Die Partikel wurden entweder auf einem Pulver aufgetragen oder sie wurden zur Beschichtung eines Rohrreaktors sowie einer Wabenstruktur verwendet. Der Umsatz von CO zu CO2 hängt von der Temperatur ab. Eine Aktivität wird oberhalb von 160 °C erreicht. Im Allgemeinen ist ein vollständiger Umsatz bei 220 °C vorhanden. Die Unterschiede zwischen den Systemen können vermutlich auf die verschiedenen Basizitäten der Trägermaterialien zurückgeführt werden. Dies führt zu unterschiedlichen Wechselwirkungen mit den Liganden, die entweder bevorzugt auf Ni oder Pt binden und dadurch entsprechende Positionen an der Oberfläche freigeben.
Kurzfassung auf Englisch: This thesis deals with the development of an organometallic synthetic approach for NixPt1-x nanoparticles and the theoretical understanding of the nucleation and growth mechanism.
NixPt1-x nanoparticles were synthesized via reduction of platinum(II)-acetylacetonate and nickel(II)-acetate in the presence of oleic acid and oleylamine and with 1,2-hexadecanediol as reducing agent. We investigated different reaction conditions to reveal the influence on particle size and composition. The composition of the particles depends on the initial Ni:Pt ratio and is tuneable in a wide range. With increasing amount of nickel precursor the composition shifts to a higher Ni:Pt ratio and the size increases concomitantly. The particle size and composition depends also on the concentration of oleic acid. With increasing oleic acid concentration the particle size decreases as well as the Ni:Pt ratio. Oleylamine determines mainly the particle shape. The binding of both stabilizing agents on the nanoparticle surface can be investigated by ATR-FTIR spectroscopy.
The knowledge of nucleation and growth mechanism is an important prerequisite for the size control during the nanoparticle synthesis. However, the mechanism is not completely understood for many systems. Therefore, we investigated the nucleation and growth mechanism of NixPt1-x nanoparticles. The growth process was observed by TEM analyses, AAS-spectroscopy and UV-Vis-spectroscopy at different reaction stages. Our experiments indicate that platinum-rich compounds act as nucleation seeds. We can assume a single nucleation event, which is followed by the growth process in the absence of Ostwald ripening. The growth occurs via consuming molecular precursors from the surrounding solution. We could observe less reactivity for the nickel precursor in comparison to the platinum precursor, which might be due to the formation of stable complexes with oleic acid. Thus, to prepare nanoparticles with a molar ratio of 1:1 an excess of nickel precursor has to be used.
The growth process of the particles can be extended by continuous injection of the molecular precursors, which give us the possibility to control the particle size. However to prevent a second nucleation event the growth rate and the beginning of the continuous injection have to be optimized for the reaction.
The magnetic properties of the NixPt1-x nanoparticles were investigated by SQUID-measurements. It was shown that the magnetism of the particles depends on the composition and size. Particles with 42 % Ni or less are paramagnetic in the investigated temperature range. Superparamagnetic behaviour above the blocking temperature was observed for particles with a higher Ni amount. These particles are ferromagnetic below the blocking temperature.
The catalytic activity of NixPt1-x nanoparticles were investigated for the CO-oxidation. The particles were prepared on powder or they were used for the coating of a tube or a honeycomb support. The conversion depends on the reaction temperature, which has to be above 160 °C. In general, a total conversion of CO to CO2 was observed at 220 °C. The differences, which were observed between the systems, might be due to the different basicity of the supports, which enables different interactions with the two types of ligands capping preferentially Ni or Pt sites. Thus, different surface sites are unprotected.

Zugriffsstatistik

keine Statistikdaten vorhanden
Legende