Entwicklung einer Hochdurchsatz-Synthesemethode zur kombinatorischen Darstellung von binären und ternären nanoskaligen Metallsulfid-Materialien

Abstract

Diese Arbeit beschäftigte sich mit der Erforschung von Synthese-Methoden zur Darstellung von Metallsulfid-Nanopartikeln und der Entwicklung von Hochdurchsatz-Synthesemethoden für Metallsulfid-Nanopartikel. Zum einen wurde eine inverse Mikroemulsion mit nichtionischem Surfactant als Medium für die Fällung von Metallsulfid-Nanopartikeln verwendet. Zum anderen wurde eine Gasphasenabscheidungsanlage gebaut, mit dem Ziel schichtartige Übergangsmetallchalkogenide in nanokristalliner Form darzustellen. In der Gasphasenabscheidungsanlage wurden ausgehend von den Precursoren Mo(CO)6 und H2S-Gas erfolgreich 2H-MoS2-Nanopartikel mit einer mittleren Kristallitgröße von 4nm dargestellt. Im Fall der Mikroemulsionssynthesen wurden unterschiedliche Sulfidanionen-Precursoren (TMTMS, CS2, Lawessons Reagenz, H2S) hinsichtlich ihrer Eignung für die Fällung einer breiten Palette an Metallsulfiden untersucht. Mit H2S wurden u.a. nanokristalline und/oder amorphe Sulfide von Cd, Zn, Cu, Fe, Mo, Pt, Pd, Rh, Re, Ru, Ag und Au sowie (Cu,M)-Mischsulfide (M=Zn, Fe, Ni) gefällt. Für die kristallinen Materialien wurden mittlere Kristallitgrößen zwischen 3-19nm ermittelt. In einem ersten Schritt hin zur Hochdurchsatz-Mikroemulsionssynthese von Metallsulfid-NP mit H2S-Gas wurde ein 9-fach-Parallelreaktor mit integrierter Membranfiltrationseinheit entwickelt. Der Parallelreaktor wurde für die Synthese von CdS, Ag2S und (Ag,Cu)-Mischsulfiden mit systematisch variierenden Syntheseparametern genutzt.

The aim of this study was the research of methods for the synthesis of metal sulfide nanoparticles and the subsequent development of a high-throughput synthesis method for metal sulfide nanoparticles. One approach used an inverse microemulsion with a nonionic surfactant as precipitation medium for the nanoparticles. The other approach aimed at the synthesis of layered type transition metal chalcogenides by chemical vapour deposition. A reactor setup was custom built for this purpose. The chemical vapour deposition setup was used for the synthesis of 2H-MoS2 nanoparticles with an average crystallite size of 4nm. The precursors H2S and Mo(CO)6 were used. In case of the microemulsion synthesis the sulfide anion precursors TMTMS, CS2, Lawesson';s Reagent and gaseous H2S were investigated. H2S was found to be the most suitable precursor for the synthesis of a broad range of metal sulfides. Nanocrystalline and/or amorphous sulfides of Cd, Zn, Cu, Fe, Mo, Pt, Pd, Rh, Re, Ru, Ag, Au as well as (Cu,M) mixed sulfides (M=Zn, Fe, Ni) were precipitated. In case of nanocrystalline materials average crystallite sizes of 3-19nm were determined from the PXRD data. A ninefold parallel reactor setup with an integrated membrane filtration unit was designed and constructed as a first step towards high-throughput synthesis of metal sulfide nanoparticles. With the aid of the parallel reactor the synthesis of CdS, Ag2S and (Ag,Cu) mixed sulfides was investigated for varying synthesis parameters.