Nano textured core-shell carbide-derived carbon particles for electrochemical energy storage and electrocatalysis (COSH-CDC)

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Bastian Etzold; Professor Dr. Volker Presser
• Subject Area: Physical Chemistry of Solids and Surfaces, Material Characterisation ; Synthesis and Properties of Functional Materials
• Term: from 2017 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 374564898

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Die zweistufige Synthese von karbid-abgeleiteten Kohlenstoff-Partikeln bestehend aus einer in situ Chlorierung mittels Zersetzung von Metallchloriden und einer anschließenden konventionellen Gasphasenchlorierung ermöglicht die Herstellung poröser Kohlenstoff/Kohlenstoff Hybridmaterialien mit lokal variierender Poren- und Mikrostruktur sowie unterschiedlichen Anteilen. Das Entkoppeln der Materialeigenschaften ist hierbei teilweise möglich, aber eingeschränkt. Neben weiteren Syntheseparametern spielt dabei insbesondere die Wahl des Metallchlorids eine entscheidende Rolle. Über die jeweilige Zersetzungstemperatur wird nicht nur die Synthesetemperatur bei der Herstellung der Kohlenstoff/Karbid Intermediate bestimmt, sondern je nach Übergangsmetall und Reaktivität des Karbids auch potentiell eine katalytische Graphitisierung induziert. Trotz der unterschiedlichen Eigenschaften der Kohlenstoff/Kohlenstoff Hybridmaterialien konnten Katalysatoren mit einer für die Elektrokatalyse ausreichenden Beladung und Pt Dispersion hergestellt werden. In der Sauerstoffreduktion zeigten einige dieser Katalysatoren eine für reine Pt/C Systeme attraktive Aktivität, die auf vorteilhafte Eigenschaften der Trägermaterialien hindeutet. Da in der Synthese die Materialeigenschaften, wie für viele Katalysatorsynthesen, nicht direkt entkoppelt werden konnten, konnten die Struktur-Wirk-Beziehungen für diesen Effekt bisher nicht zweifelsfrei geklärt werden.

Publications

• „Carbide-Derived Carbon as Stationary Phase in HPLC“. Carbon Conference (2018), Madrid, Spanien
  M. Geißler, H. Christians, J. Gläsel, M. Kaspereit, B.J.M. Etzold
  
• „Carbide-Derived Carbon as Stationary Phase in HPLC“. 31. Deutsche Zeolith-Tagung (2019), Dresden, Deutschland
  M. Geißler, H. Christians, J. Gläsel, M. Kaspereit, B.J.M. Etzold
  
• „Nano-textured Carbide-Derived Carbon Particles for Electrocatalysis” Joined seminar on advanced catalysts and advanced processes (2019), Pruggern, Österreich
  M. Geißler, J. Gläsel, B.J.M. Etzold
  
• „Nano-textured Core-Shell Carbide-derived Carbon Particles for Electrocatalysis“. Südwestdeutscher Katalyse-Lehrverbund (2019), Höchst-Hassenroth, Deutschland
  M. Geißler, J. Gläsel, B.J.M. Etzold
  
• Carbide-Derived Niobium Pentoxide with Enhanced Charge Storage Capacity for Use as a Lithium-Ion Battery Electrode. ACS Applied Energy Material 3 (2020) 4275-4285
  Ö. Budak, M. Geißler, D. Becker, A. Kruth, A. Quade, R. Haberkorn, G. Kickelbick, B. J.M. Etzold und V. Presser
  (See online at https://doi.org/10.1021/acsaem.9b02549)