Hierarchische Porensysteme
Für verschiedenste Anwendung mit Stofftransport wäre ein ideales Porensystem hierarchisch aufgebaut: Kleine Nanoporen (3 nm – 100 nm, sog. „Mesoporen“) befinden sich in den Wänden von größeren Poren, idealerweise mit Durchmesser im Mikrometerbereich (1 Mikrometer = 0.000001 m). Hierdurch wäre die große Oberfläche der kleinen Poren einfach durch die größeren Poren zugänglich. Unsere Gruppe versucht Verfahren zu entwickeln, um solche hierarchischen Porensysteme durch Selbstorganisation auf der Nanoebene herzustellen und diese komplexen Porensysteme (in Form von Filmen und Pulver) zu charakterisieren und den Einfluss der Hierarchie auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften zu untersuchen (etwa durch elektrochemische Messungen).
Poren mit Durchmessern auf der Nanoskala (1 Nanometer = 0.000000001 m) verleihen dem Material durch ihre hohe Oberfläche einige Vorteile (etwa in der Sensorik, Katalyse usw.). Allerdings ist der Stofftransport durch diese kleine Poren deutlich erschwert, weil ausschließlich die Diffusion als Transportmechanismus möglich und gewöhnlich langsam ist.
In diesem Themenbereich entwickeln wir Verfahren, hierarchische Porenarchitekturen über Sol-Gel Chemie herzustellen, indem wir geeignete Templat-Strukturen verwenden. Da gewöhnlich die Sol-Gel Templatierung zu einer 1:1 harten Kopie (Metalloxid) einer weichen Struktur (beispielsweise einer lyotropen Phase eines Blockcopolymers) mit entsprechender Porosität führt, besteht die entscheidende Herausforderung darin, eine lösungsbasierte, weiche Struktur mit entsprechender Hierarchie von Mizellen und Polymerphasen usw. herzustellen. Dementsprechend zielen unsere Projekte auf ein tieferes Verständnis, wie polymerische Strukturen sich in konzentrierten Lösungen und in Anwesenheit von weiteren Komponenten selbst organisieren.
Einer der erfolgreichsten Wege um hierarchische Porenstrukturen in Siliziumdioxid (Silica) zu erhalten, ist beispielsweise der sog. Nakanishi-Prozess, der auch in unserer Gruppe modifiziert angewendet wird.
