Kombinierte Partikel- und Flugzeitmassenspektrometrie in der Flammensynthese von Nanopartikeln

• Antragsteller: Professor Dr. Christof Schulz
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 212588814

Bei der flammenbasierten Synthese von Nanopartikeln handelt es sich um ein komplexes Zusammenspiel von homogenen Gasphasenreaktionen, Partikelbildung und Partikelwachstum. Um das Verständnis der ablaufenden Prozesse zu erweitern soll die Nanopartikelsynthese in der flachen Flamme eines vorgemischten, laminaren Niederdruckflammenreaktors als Funktion von Reaktionszeit und Flammenzusammensetzungen (Äquivalenzverhältnise, Brennstoff, Dotierstoff) mit Molekularstrahlmassenspektrometrie untersucht werden. Aus der ersten Projektphase sind vielversprechende Experimente zur gleichzeitigen Analyse von Gasphasenspezies mit Flugzeitmassenspektrometrie (TOF-MS) im Zusammenspiel mit Messungen von Partikelgrößenverteilungen mit Partikelmassenspektrometrie (PMS) hervorgegangen. So konnten zum ersten Mal Konzentrationsprofile von Metalloxidclustern während der Flammensynthese als Funktion der Reaktionszeit gewonnen werden, die in guter Übereinstimmung mit dem Wachstum der ersten stabilen Nanopartikel stehen.Die Zielsetzung des Fortsetzungsantrags ist es nun, die Arbeiten analog zur bereits in der ersten Phase dargelegten Strategie fortzuführen und sinnvoll zu ergänzen. So soll die Flugzeitmassenspektrometrie um die Möglichkeit der Photoionisation mit VUV-Photonen (9,8 eV) ergänzt werden, um das Auftreten von Mehrfachladungen und Fragmenten bei der Messung von Clustern zu reduzieren. Die Möglichkeit, die Stöchiometrie der Partikel schon inline zu ermitteln soll durch ausgeweitete TOF-MS Messungen im Vergleich mit Ex-situ-Photoelektronenspektroskopie (XPS) und Augerelektronenspektroskopie (SAM) untersucht werden. Die im Rahmen des Projektes gewonnen Messergebnisse sollen verwendet werden, um einerseits bestehende Reaktionsmechanismen zur Nanopartikelsynthese in Flammen zu validieren und soweit nötig neue Reaktionsmechanismen zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Hartmut Wiggers