Synthese von polymeren kolloidalen Kristallen auf Basis von Acrylnitril und deren thermische Behandlung zu porösen Kohlenstoffen

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese von porösen Kohlenstoffmaterialien aus polyacrylnitrilbasierten Kern-Schale-Partikeln. Poröse Kohlenstoffmaterialien stellen einen wichtigen Baustein für die Forschung in der Batterie- und Superkondensatortechnik sowie in der Katalyse dar. Die Kern-Schale-Partikel können über die starved-feed Emulsionspolymerisation mit gezielt einstellbarer Größe und definierbarem Verhältnis zwischen Kern und Schale synthetisiert werden. Dadurch wird eine vorab definierbare Porengröße für das finale Kohlenstoffmaterial ermöglicht. Während der folgenden thermischen Prozesse wird das polymere Kernmaterial zersetzt und es kann eine poröse Kohlenstoffstruktur erhalten werden. Ausgehend von den Partikeln wurden zwei Wege zur Herstellung von geordneten porösen Kohlenstoffen verfolgt. Zum einen wurden kolloidal kristalline Filme mittels des Schmelze-Scher-Verfahrens hergestellt. Die so erhaltenen Opalfilme wurden zunächst unter oxidativer Atmosphäre stabilisiert und anschließend unter Inertgas verkohlt. Die Stabilisierung wirkt sich dabei stark auf die Optik der Opalfilme aus, was sie auch für optische und sensorische Anwendungen interessant macht. Zum anderen wurden die reinen getrockneten Partikel, die durch den Trocknungsprozess eine hoch geordnete Struktur ausbilden, ebenfalls unter oxidativer Atmosphäre stabilisiert. Anschließend wurde eine Verkohlung entweder unter inerter oder in aktivierender ammoniakalischer Atmosphäre durchgeführt. Durch letztere solle eine Verbesserung der inneren Oberfläche, sowie der Erhalt des Stickstoffs im finalen Kohlenstoffgerüst gewährleistet werden