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Organosilica monoliths with multiscale porosity
detailed investigation of their formation and their potential as ceramic precursors
Manuel Weinberger
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Herwig Peterlik
DOI
10.25365/thesis.7981
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29920.53538.285169-9
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Monolithische Materialien mit einer hierarchischen Porenstruktur sind vielversprechende Kandidaten für technische Anwendungen wie Chromatographie und Katalyse. Mikrometergroße und ineinander verschlungene Poren sorgen für einen sehr guten Massentransport durch das Material und die Nanoporen, welche sich in dem Grundgerüst des Materials befinden, schaffen eine riesige Oberfläche und damit viel Platz für etwaige Funktionalisierungen. Jedoch ist die Synthese solcher Materialien immer noch eine große Herausforderung. Diese Arbeit beschäftigt sich deshalb mit der Herstellung und Charakterisierung von neuartigen Organosilika-Monolithen mit einer hierarchischen Porenstruktur. Verschiedene ethylenglykol-modifizierte Carbosilane wurden in einem Sol-Gel Prozess in wässriger und salzsaurer Lösung in der Gegenwart des strukturdirigierenden Blockcopolymers Pluronic P123 umgesetzt. Die resultierenden nassen Gele wurden überkritisch getrocknet, um hochporöse monolithische Materialien zu erhalten. Der Einfluss des Tensids und der Carbosilane auf die Strukturbildung wurde mit Standardmethoden der Materialwissenschaften wie Sorptionsmessungen, Elektronenmikroskopie und insbesondere mit Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) untersucht. Zusätzlich wurden in-situ SAXS Messungen durchgeführt um die Gelierung und die Mesostrukturbildung zeitlich zu verfolgen. Mit diesen Ergebnissen war es möglich, Rückschlüsse auf die Kinetik des Prozesses zu ziehen. Desweiteren wurden die Organosilika-Monolithen hinsichtlich ihres Potentials als Keramik-Vorstufen für Siliziumoxykarbid-Monolithen mit einer hierarchischen Porenstruktur untersucht. Die hohe Porosität, thermische und chemische Stabilität machen diese Materialien zu geeigneten Kandidaten für Anwendungen unter rauen Bedingungen.
Abstract
(Englisch)
Monolithic materials with a hierarchical pore structure are promising candidates for technical applications such as chromatography or catalysis. Micrometer-sized and interconnected pores provide very good mass transport through the material. Nanopores, which are contained within the framework, give the material a high specific surface area and therewith a lot of room for possible functionalisations. However, the synthesis of such materials is still a challenging task. This work thus deals with the preparation and characterisation of novel organosilica monoliths with multiscale porosity. Several glycol-modified carbosilanes were applied in a sol-gel process in aqueous hydrochloric acid solution in the presence of the structure directing block copolymer Pluronic P123. The resulting wetgels were supercritically dried to yield highly porous monolithic materials. The influence of the surfactant and the carbosilane on the structure formation were investigated with standard methods of materials science, such as sorption measurements, electron microscopy and in particular with small-angle X-ray scattering (SAXS). In addition, in-situ SAXS measurements were applied to follow the gelation and the mesostructure formation with time. From these results it was possible to draw conclusions of the kinetics of the process. The organosilica monoliths were further investigated concerning their potential as ceramic precursors for silicon oxycarbide monoliths with multiscale porosity. The high porosity, thermal and chemical stability make these materials suitable candidates for catalytic applications at severe conditions.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Sol-gel process organosilica monoliths silicon oxycarbide glycol-modified silanes mesostructured materials inorganic-organic hybrid materials
Schlagwörter
(Deutsch)
Sol-Gel Prozess Organosilika-Monolithen Siliziumoxykarbid ethylenglykol-modifizierte Silane mesostrukturierte Materialien anorganisch-organische Hybridmaterialien
Autor*innen
Manuel Weinberger
Haupttitel (Englisch)
Organosilica monoliths with multiscale porosity
Hauptuntertitel (Englisch)
detailed investigation of their formation and their potential as ceramic precursors
Paralleltitel (Deutsch)
Organosilika-Monolithen mit hierarchischem Porensystem ; ausführliche Untersuchungen zu deren Bildung und deren Potential als Keramikvorstufen
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
128 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Herwig Peterlik
AC Nummer
AC08155678
Utheses ID
7190
Studienkennzahl
UA | 091 | 411 | |