Aluminiumorganisch stabilisierte Übergangsmetallkolloide : Synthese, Bildungsmechanismus und Aufbau von organisierten Strukturen

Waldöfner, Norbert; Bönnemann, Helmut

doi:366

Aluminiumorganisch stabilisierte Übergangsmetallkolloide : Synthese, Bildungsmechanismus und Aufbau von organisierten Strukturen

Waldöfner, Norbert (Author)

2002

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Norbert Waldöfner

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2002

Umfang172 Bl. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2002

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Bönnemann, Helmut (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2002-05-29

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-3664
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/60099/files/Waldoefner_Norbert.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Chemie (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Thema der Dissertation ist die Synthese und Charakterisierung von neuartigen nanoskaligen Übergangsmetallkolloiden mit reaktiven aluminiumorganischen Schutzhüllen sowie der Aufbau von 3D-Nanopartikel-Netzwerken. Die Synthese von aluminiumorganisch stabilisierten Platin-Kolloiden wurde hauptsächlich anhand der Umsetzung von Pt(II)-Acetylacetonat mit Aluminiumtrimethyl untersucht. Als Zwischenstufe der Kolloidbildung wurde ein neuartiger, bikerniger Platin-Komplex identifiziert. Dieser Komplex zerfällt in Lösung unter Bildung von nanoskaligen Platin-Partikeln mit einem mittleren Durchmesser von 1,2 nm. Die Bildung dieser Partikel in Lösung wurde in-situ durch Anomale Röntgenkleinwinkelstreuung (ASAXS) untersucht. Die isolierten Platin-Kolloide wurden darüber hinaus durch verschiedene Untersuchungsmethoden, wie z.B. Elektronenmikroskopie (TEM) und Röntgenabsorptionsspektroskopie (XANES, EXAFS) charakterisiert. Die dargestellten Untersuchungen ergaben, dass die Partikel aus nullwertigem Platin bestehen und durch aluminiumorganische Schutzhüllen stabilisiert sind, die reaktive Aluminum-Methyl-Gruppen enthalten. Diese reaktiven Aluminum-Methyl-Gruppen in der Schutzhülle der Kolloide sind Ausgangspunkt für die Verknüpfung der Teilchen zu einem 3D-Nanopartikel-Netzwerk. Dafür werden die Kolloide mit protonenaktiven bifunktionellen „Spacer-Molekülen” umgesetzt. Bei diesen Molekülen handelt es sich um Diole oder Dicarbonsäuren, die protonolytisch, unter Abspaltung von Methan, mit den Aluminium-Alkyl-Gruppen der Schutzhülle reagieren. Die Pt-Nanopartikel-Netzwerke wurden hinsichtlich ihrer Struktur sowie elektronischer- und katalytischer Eigenschaften untersucht. Durch die Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Struktur der Netzwerke maßgeblich durch den „Spacer” mitbestimmt wird. So steigt der mittlere Partikelabstand im Netzwerk mit zunehmender Länge des „Spacer-Moleküls”. Durch die Variation der „Spacer-Moleküle” lassen sich auch die Porengröße und die spezifischen Oberflächen der Nanopartikel-Netzwerke steuern. Durch Katalysetests wurde darüber hinaus gezeigt, dass die Nanopartikel-Netzwerke effektiv als Heterogen-Katalysatoren für die Hydrierung von Alkenen eingesetzt werden können.

Subject of the dissertation is the synthesis and characterization of novel, nanoscopic transition metal colloids having reactive aluminumorganic protecting shells, and the formation of 3-D nanoparticle networks. The synthesis of aluminumorganic stabilized platinum colloids was investigated using the reaction of Pt(II)-acetylacetonate with aluminumtrimethyl. A novel di-platinum complex was identified as the key intermediate of the colloid formation. This complex decomposes in solution under formation of nanoscopic platinum particles with a mean diameter of 1.2 nm. The formation of these particles in solution was studied with Anomalous Small Angle X-ray Scattering (ASAXS). The isolated platinum colloids were characterized further with several analytic methods like Electron Microscopy (TEM) and X-ray Absorption Spectroscopy (XANES, EXAFS). The investigations showed, that the particles consist of zero-valent platinum with an aluminumorganic protecting shell containing reactive aluminum-methyl-groups. These reactive aluminum-methyl-groups are the prerequisite for the interconnection of the particles to form a 3-D nanoparticle network. For that purpose, the colloids are reacted with proton-active bifunctional "spacer-molecules". Suitable spacer molecules are diols or dicarboxylic acids which react with the aluminum-alkyl groups in the protecting shell under cleavage of methane. The structure and the electronic- and catalytic properties of the resulting Pt-nanoparticle-networks were intensively characterized. The investigations revealed, that the structure of the networks is strongly depending on the "spacer-molecule" chosen. The mean interparticle distance in the network increases with increasing length of the "spacer molecule". Variation of the "spacer molecule" also allows the pore-sizes and the specific surface areas to be tailored. Furthermore catalytic tests showed, that the Pt-nanoparticle networks are very efficient heterogeneous catalysts for the hydrogenation of alkenes.

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