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Spray-flame synthesis of BaTiO3 nanoparticles for photocatalytic and energy storage applications
In der vorliegenden Arbeit wurde die Synthese von ABO3-Perowskiten durch Sprayflammensynthese (SFS) untersucht. Das im Fokus stehende Materialsystem war das Perowskit BaTiO3 (BTO), bei dem die A-Position im Gitter von Ba und die B-Position von Ti besetzt sind. Bisher berichten nur wenige Literaturquellen über die SFS von BaTiO3, daher wurden im Rahmen dieser Doktorarbeit geeignete Lösungsmittel, Präkursoren und Syntheseparameter (Konzentration der Präkursoren, Gasflüsse, Reak-tordruck) untersucht, um die optimalen Synthesebedingungen zu ermitteln. Die hergestellten Materia-lien wurden ex situ bezüglich ihrer physiko-chemischen Eigenschaften untersucht. Bei den hergestellten Materialien handelt es sich um nanokristalline BaTiO3-Pulver, die neben einer Mischung von Materialien mit kubischer und tetragonaler Kristallstruktur auch eine zusätzliche uner-wünschte hexagonale Phase aufweisen. Die hexagonale Phase tritt in allen hergestellten Proben auf. Ihre Entstehung wird auf das Schnelle Abkühlen des austretenden Partikelstroms durch Vermischen mit Quenchgas zurückgeführt. Die Substituierung der A-Position mit Sr und der B-Position mit Zr hat gezeigt, dass die Herstellung von Materialien je nach Konzentration des substituierten Stoffes ohne die hexagonale Phase möglich ist. Untersuchungen der gebildeten Materialien mit IR-Spektroskopie zeigen, dass die Oberflächen der Materialien mit organischen Spezies verunreinigt sind, die durch unvollständige Verbrennung der Lösungsmittel und Präkursoren entstehen. Eine thermische Nachbehandlung der Pulver nach der Synthese führt zu Materialien mit saubereren Oberflächen und höher Kristallinität mit einem verringerten Anteil der hexagonalen Phase, während die mittlere Partikelgröße auf der Nanoskala bleibt. Die erzeugten Materialien wurden hinsichtlich ihrer Eigenschaften bezüglich photokatalytischer Was-serspaltung mit UV-Licht (BST, Ba1–xSrxTiO3) und kapazitiver Energiespeicherung (BTZ, BaTi1–xZrxO3) getestet. Die photokatalytische Aktivität von BTO- und BST-Proben mit und ohne ...
Spray-flame synthesis of BaTiO3 nanoparticles for photocatalytic and energy storage applications
In der vorliegenden Arbeit wurde die Synthese von ABO3-Perowskiten durch Sprayflammensynthese (SFS) untersucht. Das im Fokus stehende Materialsystem war das Perowskit BaTiO3 (BTO), bei dem die A-Position im Gitter von Ba und die B-Position von Ti besetzt sind. Bisher berichten nur wenige Literaturquellen über die SFS von BaTiO3, daher wurden im Rahmen dieser Doktorarbeit geeignete Lösungsmittel, Präkursoren und Syntheseparameter (Konzentration der Präkursoren, Gasflüsse, Reak-tordruck) untersucht, um die optimalen Synthesebedingungen zu ermitteln. Die hergestellten Materia-lien wurden ex situ bezüglich ihrer physiko-chemischen Eigenschaften untersucht. Bei den hergestellten Materialien handelt es sich um nanokristalline BaTiO3-Pulver, die neben einer Mischung von Materialien mit kubischer und tetragonaler Kristallstruktur auch eine zusätzliche uner-wünschte hexagonale Phase aufweisen. Die hexagonale Phase tritt in allen hergestellten Proben auf. Ihre Entstehung wird auf das Schnelle Abkühlen des austretenden Partikelstroms durch Vermischen mit Quenchgas zurückgeführt. Die Substituierung der A-Position mit Sr und der B-Position mit Zr hat gezeigt, dass die Herstellung von Materialien je nach Konzentration des substituierten Stoffes ohne die hexagonale Phase möglich ist. Untersuchungen der gebildeten Materialien mit IR-Spektroskopie zeigen, dass die Oberflächen der Materialien mit organischen Spezies verunreinigt sind, die durch unvollständige Verbrennung der Lösungsmittel und Präkursoren entstehen. Eine thermische Nachbehandlung der Pulver nach der Synthese führt zu Materialien mit saubereren Oberflächen und höher Kristallinität mit einem verringerten Anteil der hexagonalen Phase, während die mittlere Partikelgröße auf der Nanoskala bleibt. Die erzeugten Materialien wurden hinsichtlich ihrer Eigenschaften bezüglich photokatalytischer Was-serspaltung mit UV-Licht (BST, Ba1–xSrxTiO3) und kapazitiver Energiespeicherung (BTZ, BaTi1–xZrxO3) getestet. Die photokatalytische Aktivität von BTO- und BST-Proben mit und ohne ...
Spray-flame synthesis of BaTiO3 nanoparticles for photocatalytic and energy storage applications
Tarasov, Alexander (Autor:in) / Schulz, Christof
08.07.2020
Hochschulschrift
Elektronische Ressource
Englisch
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