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Synthesis and characterization of binary nickel phosphide compounds as supported nanoparticles
Tatjana Saskia Ott
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Chemie
Betreuer*in
Klaus W. Richter
DOI
10.25365/thesis.73542
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-19431.09076.980964-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Masterarbeit befasste sich mit der Synthese und Charakterisierung binärer Nickelphosphidverbindungen als geträgerte Nanopartikel, welche in der heterogenen Katalyse Anwendung finden. Die Verbindungen wurden mittels der sich momentan in Entwicklung befindenden Gas-Feststoffsynthese hergestellt, welche die Reaktion zwischen festem Nickel und gasförmigem Phosphor beinhaltete. Die Synthese reiner, auf entweder Al2O3-SiO2 oder α-Al2O3 geträgerter Verbindungen des Systems Ni-P (Ni3P, Ni5P2, Ni12P5, Ni2P, Ni5P4, und NiP2) wurde mittels stöchiometrischer Einwaage der Edukte angestrebt. Die Qualität der Produkte wurden anhand der synthetisierten Phasen und der Kristalldomänengröße der Produkte bewertet. Nachdem beide Kriterien mittels Röntgen-Pulverdiffraktometrie untersuchbar waren wurde diese Methode für jede einzelne Probe und die Edukte angewandt. Zusätzlich wurde bei einigen ausgewählten Proben und den Edukten die Elementverteilung auf dem Support mittels TEM und die chemische Zusammensetzung mittels TXRF und Photometrie untersucht. Die Charakterisierung der Produkte zeigte, dass die Gas-Feststoffsynthese der Nickelphosphide nicht komplett erfolgreich war und nur wenige Produkte beide Qualitätskriterien erfüllten, die meisten Produkte enthielten eine Mischung aus verschiedenen Phasen und nicht abreagiertem Nickel. Nur Ni2P und kubisches NiP2 konnten entweder durch die Verwendung eines Phosphorüberschusses in Kombination mit der Anwendung entsprechender Reaktionsbedingungen oder mit der Verwendung von weißem Phosphor und einem konventionellen Temperaturgradienten rein synthetisiert werden. Die Verwendung eines umgekehrten Temperaturgradienten führte hingegen zur Kondensation von rotem Phosphor auf dem Produkt. Die Ergebnisse der Röntgen-Pulverdiffraktometrie legten außerdem den zukünftigen Wechsel von kristallinem α-Al2O3 zu einem amorphen Träger nahe. Alle Produkte konnten jedoch erfolgreich als Nanopartikel hergestellt werden. Die Ergebnisse der TEM-Messungen bestätigten sowohl die Bildung der Nickelphosphide als auch die durchschnittliche Kristalldomänengröße welche mittels Röntgen-Pulverdiffraktometrie gefunden wurde. Bedauerlicherweise ergab die Bestimmung der Probenzusammensetzung mittels TXRF und Photometrie keine brauchbaren Ergebnisse. Beide Allotrope des Phosphors erwiesen sich als verwendbare Edukte, wobei der weiße Phosphor aber bessere Ergebnisse lieferte. Insgesamt erbrachte die Gas-Feststoffsynthese geträgerter Nickelphosphid Nanopartikel vielversprechende Ergebnisse, die Synthesemethode erfordert aber noch weitere Forschung.
Abstract
(Englisch)
The aim of this master’s thesis was the synthesis and characterization of binary nickel phosphide compounds as supported nanoparticles that can be used as heterogeneous catalysts. In this thesis, the compounds were synthesized using the currently developed vapour-solid synthesis approach that, in this scenario, describing the reaction between solid nickel and gaseous phosphorus. Six phases of the system Ni-P, Ni3P, Ni5P2, Ni12P5, Ni2P, Ni5P4, and NiP2, were stoichiometrically targeted to obtain a pure phase supported on either Al2O3-SiO2 or α-Al2O3. As a source of phosphorus either the white or red allotrope was used. The obtained products were evaluated by using the synthesized phases and the crystalline domain size of the product as the criteria for success. Since both criteria could be analyzed by powder XRD analysis the method became the basis of interpretation and was therefore conducted for every single sample and educt. Additionally, a few selected samples and educts were characterized by TEM to obtain the element distribution on the support, and the sample composition was determined by TXRF and photometric analysis. The results of the various characterization methods showed that the synthesis by the vapour-solid approach was only semi-successful and only a few products fulfilled both criteria of quality. Most products contained a mixture of multiple phases and the unreacted educt nickel. The only phases that were successfully synthesized, Ni2P and cubic NiP2, were obtained by utilizing either an excess of phosphorus, combined with reaction conditions that inhibited the formation of other phases, or by using white phosphorus in combination with a conventional temperature gradient. For most samples synthesized utilizing a reversed temperature gradient condensed red phosphorus was found on the sample. The switch from crystalline α-Al2O3 to an amorphous support is also suggested by the powder XRD results. All obtained products however fulfilled the criterion regarding the nano-size. TEM results confirmed the formation of nickel phosphides and found the crystalline domain size determined by powder XRD analysis to be a good average value. The characterization of the sample composition by TXRF analysis and photometry failed to provide any useful information. Both allotropes of phosphorus proved to be usable educts with the white allotrope however outperforming the red one. Overall, the synthesis of supported nickel phosphide nanoparticles by vapour-solid synthesis appears to be a promising approach that requires further research.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
geträgerte Nanopartikel Nickelphosphide
Schlagwörter
(Englisch)
supported nanoplarticles nickel phosphides
Autor*innen
Tatjana Saskia Ott
Haupttitel (Englisch)
Synthesis and characterization of binary nickel phosphide compounds as supported nanoparticles
Paralleltitel (Deutsch)
Synthese und Charakterisierung binärer Nickelphosphidverbindungen als geträgerte Nanopartikel
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
VII, 158 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Klaus W. Richter
Klassifikationen
35 Chemie > 35.49 Anorganische Chemie. Sonstiges ,
35 Chemie > 35.90 Festkörperchemie
AC Nummer
AC16860435
Utheses ID
66816
Studienkennzahl
UA | 066 | 862 | |