Sol-Gel Chemie von sulfidischen Materialien am Beispiel von Zinksulfid

Abstract

Ziel dieser Arbeit war die Synthese, Charakterisierung und Modifizierung von Zinksulfid-Nanopartikeln und Gelen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sich der Sol-Gel Prozess nicht direkt vom oxidischen zum sulfidischen System übertragen lässt. In einem alternativen Ansatz wurden zuerst in einer Fällungsreaktion in Wasser ZnS Nanopartikel im Größenbereich <5nm hergestellt, deren Wachstum durch die Anwesenheit der Thiole Cystein und Mercaptoessigsäure in der Reaktionslösung begrenzt wurde. Die hergestellten Partikel wurden umfassend mittels spektroskopischer und beugungsbasierter Methoden untersucht, wobei sich gezeigt hat, dass es sich bei den Partikeln um ein Phasengemisch aus Sphalerit und Wurtzit handelt und das molare Fällungsverhältnis Zink:Thiol:Sulfid nur wenig Einfluss auf die Größe der Nanopartikel besitzt. Mithilfe einer Modellsimulation wurde weiters gezeigt, dass neben der Thiolgruppe auch die Carboxylat bzw. Aminogruppe an der Komplexierung der organischen Liganden an die Oberfläche beteiligt sind. Der zweite Teil behandelte die Umwandlung der Nanopartikel in ein Gel durch eine einfache Oxidationsreaktion. Mittels einer Templatunterstützten Synthese wurde versucht Einfluss auf die innere Oberfläche der Gele zu nehmen, um die Porengröße und Porenvolumen so zu ändern, dass ein Material mit möglichst großer spezifischer Oberfläche gewonnen werden kann. Während unmodifizierte Gele unkalziniert über keine zugängliche innere Oberfläche verfügten, konnten tensidmodifizierte (Brij56) Gele mit einer maximalen spezifischen Oberfläche von 29 m 2/g gewonnen werden. Als Problematisch hat sich erwiesen, dass sich bereits ab 450°C Kalzinierungstemperatur der Phasenanteil an ZnS stark verringerte und sich alle Gele in ZnO umwandelten. Aerogele konnten keine erhalten werden, da es sich gezeigt hat, dass ein Austausch des Lösungsmittels Wasser gegen Methanol nicht vollständig möglich war und somit eine effiziente überkritische Trocknung nicht gelang.