Aufklärung des pseudomorphen Transformationsmechanismus' von mesoporösen Silica-Materialien über direktem und indirektem Wege durch Darstellung inverser Kohlenstoffreplikate

Abstract

In der vorliegenden Arbeit konnte der detaillierte Mechanismus für die pseudomorphe Transformation von geordnetem, mesoporösem SBA-15 und seinem kubischen Pendant in MCM-41 aufgeklärt werden, indem die Umstrukturierung des Ausgangssilica-Materials zeitaufgelöst verfolgt wurde. Basierend auf den kombinierten Ergebnissen von sich ergänzenden Charakterisierungsmethoden (PXRD, TEM/REM, SAXS, DSC und Gasphysisorption, inklusive Hysterese-scanning-Messungen mit verschiedenen Adsorptiven) konnte ein konsistentes Bild von dem Modus entwickelt werden, in dem die Transformation durch das Volumen der Silica-Partikel verläuft. Um die Aufklärung des Transformationsmechanismus' von periodisch mesoporösem SBA-15 als auch von seinem kubischen Analogon KIT-6 in MCM-41 auf indirektem Wege zu komplettieren, wurden nicht-, partiell und vollständig transformierte Silica-Phasen, die sich sowohl in ihrem Transformationsgrad, ihrer Porengrößenverteilung als auch in ihrer Porengeometrie unterscheiden, als Exotemplate verwendet, um nanoporöse Kohlenstoffsysteme mit neuartiger Porenstruktur zu erhalten. Durch eine Kombination von sich ergänzenden Charakterisierungsmethoden (Stickstoff- und Kohlenstoffdioxid-Physisorption, TEM/SEM, PXRD und STA) konnte nachgewiesen werden, dass sich die Merkmale der im Zuge der pseudomorphen Transformation auftretenden, strukturellen und texturellen Veränderungen der transformierten Silica-Template in den Strukturen der entsprechend inversen Kohlenstoffreplikate widerspiegeln.

Herein, the detailed mechanism for the pseudomorphic transformation of ordered mesoporous SBA-15 and its cubic pendant in MCM-41 was elucidated by following the time-resolved conversion of the parent silica material. Based on the combined results of complementary characterization methods (PXRD, TEM/SEM, SAXS, DSC, and gas physisorption, including hysteresis scanning measurements with different adsorptives), a consistent picture of the manner in which the transformation proceeds through the volume of silica particles was developed. In order to fulfil the elucidation of the transformation mechanism of periodic mesoporous SBA-15 as well as of its cubic analogue KIT-6 in MCM-41 in an indirect way, non-, partially and fully transformed silica phases differing in their degree of transformation, pore size distribution as well as in their pore geometry were used as exotemplates in order to obtain nanoporous carbons with novel pore structure. Using a combination of complementary characterization methods (nitrogen and carbon dioxide physisorption, TEM/SEM, PXRD, and STA), it could be demonstrated that the features of the structural and textural changes of the transformed silica template occurring during the pseudomorphic transformation are reflected within the structures of the corresponding inverse carbon replicas.