Synthese und funktionelle Eigenschaften nanostrukturierter Ceroxidmaterialien

In der vorliegenden Arbeit werden nanostrukturierte Ceroxidhohlfasern mittels einer 1D Templatsynthese unter Verwendung elektrogesponnener Polymerfasern hergestellt. Hierzu werden elektrogesponnene Faserfliese aus einer Polymerlösung mit einer cerhaltigen Sol-Lösung benetzt und getrocknet. Im Anschluss wird das Polymer entweder durch thermische Behandlung oder die Anwendung eines Sauerstoffplasmas aus dem zuvor erhaltenen Ceroxid/Polmerfaser Hybridmaterial entfernt. Hierdurch kann dann eine Ceroxid-Holfaserstruktur erhalten werden. Diese Strukturen wurden zeigen eine spezifische Oberfläche von 89 m2 g-1. XRD, TEM und SAED Untersuchungen zeigen eine vollständig nanokristalline Struktur. Aus Raman-Untersuchungen kann ein kubischer Fluorid-Typ für das so erhaltene Ceroxid bestimmt werden Das so erhaltene Material zeigt eine photokatalytische Aktivität im Vis-Bereich des elektromagnetischen Spektrums beim Abbau von Methylenblau. Diese Aktivität kann durch eine Dotierung des Ceroxids während des Sol-Gel-Prozesses mit Übergangsmetall- und Seltenerdmetallionen weitestgehend gesteigert werde. Durchgeführte XRD und TEM-Untersuchungen weisen auch hier wieder eine vollständige Nanokristallinität nach. Mittels Raman-Spektroskopie kann auch bei hohen Dotierungsgraden (bis 22%) keine Phasenseparation nachgewiesen werden. Es zeigt sich, dass die photokatalytische Aktivität mit abnehmender Kristallitgröße und zunehmender Gitteraufweitung zunimmt. Zusätzlich zur photokatalytischen Aktivität ist die katalytische Aktivität von reinem Ceroxid, sowie Mischoxiden aus Ceroid und Zirkoniumoxid am Beispiel der Direktsynthese von Dimethylcarboxilat ohne Wasserzusatz untersucht worden. Hier zeigt sich keine direkte Abhängigkeit des Umsatzes vom Grad der Dotierung. Es kann aber eine Abhängigkeit des Umsatzes vom Darstellungsverfahrens des cer- und zikoniumhaltigen Katalysators festgestellt werden. In weiteren Untersuchungen sind die Sensoreigenschaften des hergestellten Material gegenüber Sauerstoff getestet worden. Hierbei kann ein Anstieg des elektrischen Widerstandes des als Chemiresistor verwendeten Ceroxids (n-Typ Halbleiter) bei Temperaturen oberhalb von 700 °C beobachtet werden. Die durchgeführten Meßreihen zeigen eine Abnahme der Sensorantwort mit Ni(II)- oder Gd(III)-Ionen