@phdthesis{Boelte2022, author = {B{\"o}lte, Jens-Henning Ingo Holger}, title = {Einfluss von Schwefelmodifikationen auf katalytische Eigenschaften amorpher por{\"o}ser Kohlenstoffmaterialien}, doi = {10.26127/BTUOpen-5786}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-57860}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2022}, abstract = {Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit lag in der Synthese und Charakterisierung S-dotierter por{\"o}ser Kohlenstoffmaterialien mit vergleichbaren texturellen und strukturellen Eigenschaften. Zu diesem Zweck wurden Serien von S-dotierten por{\"o}sen Kohlenstoffmaterialien aus den S-haltigen Precursoren Dimethylsulfoxid, p-Toluolsulfons{\"a}ure und Thiophen zusammen mit verschiedenen Anteilen von β-d-Saccharose als zus{\"a}tzlichem Kohlenstofflieferant im Rahmen einer templatgest{\"u}tzten Synthese auf Basis von mesopor{\"o}sen Silicagel-Kugeln hergestellt. Zus{\"a}tzlich wurden Serien S+N-, B+S- und B+N-co-dotierter por{\"o}ser Kohlenstoffmaterialien mit vergleichbaren texturellen und strukturellen Eigenschaften nach derselben templatgest{\"u}tzten Synthese hergestellt. Zur co-Dotierung mit den Elementen S, N und B wurden jeweils die heteroatomhaltigen Precursoren p-Toluolsulfons{\"a}ure, Harnstoff und Bors{\"a}ure in verschiedenen Anteilen verwendet und verschiedene Anteile von β-d-Saccharose als zus{\"a}tzlichem Kohlenstofflieferant hinzugef{\"u}gt. Die katalytischen Eigenschaften s{\"a}mtlicher hergestellten por{\"o}ser Kohlenstoffe wurden auf deren F{\"a}higkeit zur Aktivierung von molekularem O₂ untersucht. In diesem Zusammenhang wurden die Materialien als Katalysatoren in der oxidation schwefliger S{\"a}ure zu Schwefels{\"a}ure (OSA), der elektrochemischen Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) und der oxidativen Dehydrierung von Ethylbenzol (ODH) getestet. Mit Hilfe dieser drei Testreaktionen, welche in mindestens einem Teilschritt des jeweiligen Katalysezyklus die Aktivierung von molekularem O₂ voraussetzen, sollten insbesondere R{\"u}ckschl{\"u}sse auf m{\"o}gliche Einfl{\"u}sse des Heteroatoms S auf die Aktivit{\"a}ten, Ums{\"a}tze und Selektivit{\"a}ten gezogen werden. Die rein S-dotierten Proben lieferten Hinweise darauf, dass die S-Funktionalit{\"a}ten einen {\"a}hnlichen Beitrag zu den genannten Reaktionen leisten wie vergleichbare O-Funktionalit{\"a}ten S-freier Proben. In der OSA zeigten S-dotierte Proben keine Ver{\"a}nderung bezogen auf die Aktivit{\"a}t, in der OSA einen negativen Einfluss auf die Aktivit{\"a}ten und das Onset-Potential. Der deutlichste Einfluss der S-Gruppen konnte in der ODH gezeigt werden, in welcher S-haltige Proben sowohl den Initialumsatz bezogen auf Ethylbenzol als auch die Langzeitstabilit{\"a}t der Katalysatoren positiv ver{\"a}nderten im Vergleich zu S-freien Proben. Bei den B+N- und N+S-co-dotierten Proben lieferten insbesondere N-Funktionalit{\"a}ten einen positiven Beitrag zur Aktivit{\"a}t in allen Reaktionen. Eine m{\"o}gliche Begr{\"u}ndung lieferte hierbei die Annahme, dass bestimmte N-Gruppen die Elektronendichte im Kohlenstoffger{\"u}st erh{\"o}hen und somit zur Aktivierung von auf den Basalebenen des Kohlenstoffs adsorbierten molekularen O₂ beitragen. W{\"a}hrend eine co-Dotierung mit B das Verhalten der Katalysatoren wenig beeinflusste, zeigte sich, dass die co-Dotierung mit S zu einer Addition der Einfl{\"u}sse in allen betrachteten Reaktionen f{\"u}hrte im Vergleich zu jeweils einzeln S- und N-dotierten Serien.}, subject = {Por{\"o}se Kohlenstoffe; Kohlenstoffkatalysatoren; Redoxreaktionen; Heteroatomdotierte Kohlenstoffe; Aktivierung von molekularem Sauerstoff; Porous carbon; Carbon catalysts; Redox reactions; Heteroatomdoped carbon; Activation of molecular oxygen; Kohlenstoffwerkstoff; Nanopor{\"o}ser Stoff; Heteroatom-substituierte Verbindungen; Dotierung; Katalytische Oxidation; Katalytische Dehydrierung; Elektrokatalyse}, language = {de} } @phdthesis{GhomsiWabo2025, author = {Ghomsi Wabo, Samuel}, title = {Aktivierung stickstoffmodifizierter Kohlenstoffmaterialien mit KOH : Untersuchungen zum Porenbildungsprozess sowie zum Stickstoffaustrag}, doi = {10.26127/BTUOpen-7219}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-72194}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2025}, abstract = {In dieser Arbeit wurden der Aktivierungsprozess und der Stickstoffaustrag w{\"a}hrend der KOH-Aktivierung stickstoffmodifizierter Kohlenstoffmaterialien untersucht, um die spezifischen und synergistischen Beitr{\"a}ge von Stickstoff und KOH zur Porosit{\"a}tsbildung in diesen Materialien zu kl{\"a}ren. Hierf{\"u}r wurden geeignete Referenzsysteme aus verschiedenen Kohlenstoffquellen (Cellulose und Phenolharz) hergestellt, bei denen Syntheseparameter wie der Harnstoffgehalt, die KOH-Konzentration und die Karbonisierungstemperatur systematisch variiert wurden. Es wurde festgestellt, dass eine Erh{\"o}hung des Harnstoffgehalts in der Synthesemischung zu einem h{\"o}heren Stickstoffgehalt in den Charcoals f{\"u}hrt - ein Effekt, der bei cellulosebasierten Materialien ausgepr{\"a}gter ist. Die KOH-Aktivierung f{\"u}hrte, unabh{\"a}ngig von der verwendeten Kohlenstoffquelle, zu einem erheblichen Stickstoffaustrag. Bei hohen KOH-Konzentrationen (> 10 M) war kein Stickstoff mehr im Material nachweisbar, was eng mit der Bildung einer ausgepr{\"a}gten Porosit{\"a}t zusammenh{\"a}ngt. Allerdings zeigte sich, dass der Gewinn an Porenvolumen durch den Austrag stickstoffhaltiger Spezies relativ gering ist. Stickstoff wirkt haupts{\"a}chlich als Katalysator f{\"u}r Redoxreaktionen zwischen KOH bzw. dessen Zersetzungsprodukten und Kohlenstoff, indem er die Bildung von K₂CO₃ beg{\"u}nstigt. Diese Kaliumspezies k{\"o}nnen die graphitische Struktur des Materials zerst{\"o}ren und zus{\"a}tzliche chemische Prozesse unterst{\"u}tzen, was zu einer intensiveren Aktivierung f{\"u}hrt. Die Bildung von K₂CO₃ ist stark vom Stickstoffgehalt abh{\"a}ngig und wurde ausschließlich bei Kohlenstoffen beobachtet, die mit einer Kombination aus hoher KOH-Konzentration und hohem Stickstoffgehalt hergestellt wurden. Im Gegensatz dazu f{\"u}hrte eine Kombination aus hoher KOH-Konzentration und niedrigem Stickstoffgehalt nicht zur Bildung von K₂CO₃, was darauf hinweist, dass die chemischen Wechselwirkungen des Kaliums in diesem Szenario eine untergeordnete Rolle bei der Porosit{\"a}tsbildung spielen. In solchen F{\"a}llen erfolgt die Aktivierung des Materials prim{\"a}r {\"u}ber Redoxreaktionen, bei denen Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO₂) als Reaktionsprodukte entstehen. Diese Redoxreaktionen bewirken eine Umstrukturierung des Materials, jedoch ohne eine signifikante Ver{\"a}nderung der graphitischen Struktur durch Kaliumspezies. Anderseits ist die hohe KOH-Konzentration entscheidend f{\"u}r die Bereitstellung von Kaliumverbindungen, die gezielt in die Schichtstruktur des Materials eindringen und diese effektiv aufbrechen.}, subject = {KOH-Aktivierung; Stickstoffmodifizierte Kohlenstoffen; Porous carbons; Nitrogen-modified carbons; KOH activation; Pore formation; Catalytic effect of nitrogen; Por{\"o}se Kohlenstoffe; Porenbildung; Katalytischer Effekt von Stickstoff; Kohlenstoffwerkstoff; Stickstoffverbindungen; Por{\"o}ser Stoff; Aktivierung ; Kaliumhydroxid}, language = {de} } @phdthesis{GhomsiWabo2025, author = {Ghomsi Wabo, Samuel}, title = {Aktivierung stickstoffmodifizierter Kohlenstoffmaterialien mit KOH : Untersuchungen zum Porenbildungsprozess sowie zum Stickstoffaustrag}, doi = {10.26127/BTUOpen-7260}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-72602}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2025}, abstract = {In dieser Arbeit wurden der Aktivierungsprozess und der Stickstoffaustrag w{\"a}hrend der KOH-Aktivierung stickstoffmodifizierter Kohlenstoffmaterialien untersucht, um die spezifischen und synergistischen Beitr{\"a}ge von Stickstoff und KOH zur Porosit{\"a}tsbildung in diesen Materialien zu kl{\"a}ren. Hierf{\"u}r wurden geeignete Referenzsysteme aus verschiedenen Kohlenstoffquellen (Cellulose und Phenolharz) hergestellt, bei denen Syntheseparameter wie der Harnstoffgehalt, die KOH-Konzentration und die Karbonisierungstemperatur systematisch variiert wurden. Es wurde festgestellt, dass eine Erh{\"o}hung des Harnstoffgehalts in der Synthesemischung zu einem h{\"o}heren Stickstoffgehalt in den Charcoals f{\"u}hrt - ein Effekt, der bei cellulosebasierten Materialien ausgepr{\"a}gter ist. Die KOH-Aktivierung f{\"u}hrte, unabh{\"a}ngig von der verwendeten Kohlenstoffquelle, zu einem erheblichen Stickstoffaustrag. Bei hohen KOH-Konzentrationen (> 10 M) war kein Stickstoff mehr im Material nachweisbar, was eng mit der Bildung einer ausgepr{\"a}gten Porosit{\"a}t zusammenh{\"a}ngt. Allerdings zeigte sich, dass der Gewinn an Porenvolumen durch den Austrag stickstoffhaltiger Spezies relativ gering ist. Stickstoff wirkt haupts{\"a}chlich als Katalysator f{\"u}r Redoxreaktionen zwischen KOH bzw. dessen Zersetzungsprodukten und Kohlenstoff, indem er die Bildung von K₂CO₃ beg{\"u}nstigt. Diese Kaliumspezies k{\"o}nnen die graphitische Struktur des Materials zerst{\"o}ren und zus{\"a}tzliche chemische Prozesse unterst{\"u}tzen, was zu einer intensiveren Aktivierung f{\"u}hrt. Die Bildung von K₂CO₃ ist stark vom Stickstoffgehalt abh{\"a}ngig und wurde ausschließlich bei Kohlenstoffen beobachtet, die mit einer Kombination aus hoher KOH-Konzentration und hohem Stickstoffgehalt hergestellt wurden. Im Gegensatz dazu f{\"u}hrte eine Kombination aus hoher KOH-Konzentration und niedrigem Stickstoffgehalt nicht zur Bildung von K₂CO₃, was darauf hinweist, dass die chemischen Wechselwirkungen des Kaliums in diesem Szenario eine untergeordnete Rolle bei der Porosit{\"a}tsbildung spielen. In solchen F{\"a}llen erfolgt die Aktivierung des Materials prim{\"a}r {\"u}ber Redoxreaktionen, bei denen Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO₂) als Reaktionsprodukte entstehen. Diese Redoxreaktionen bewirken eine Umstrukturierung des Materials, jedoch ohne eine signifikante Ver{\"a}nderung der graphitischen Struktur durch Kaliumspezies. Anderseits ist die hohe KOH-Konzentration entscheidend f{\"u}r die Bereitstellung von Kaliumverbindungen, die gezielt in die Schichtstruktur des Materials eindringen und diese effektiv aufbrechen.}, subject = {KOH-Aktivierung; Stickstoffmodifizierte Kohlenstoffen; Por{\"o}se Kohlenstoffe; Porenbildung; Katalytischer Effekt von Stickstoff; Porous carbons; Nitrogen-modified carbons; KOH activation; Pore formation; Catalytic effect of nitrogen; Kohlenstoffwerkstoff; Stickstoffverbindungen; Por{\"o}ser Stoff; Aktivierung ; Kaliumhydroxid}, language = {de} }