Poröse, elektrogesponnene Fasermatten mit hoher Protonenleitfähigkeit für Kompositmembranen

• Antragsteller: Professor Dr. Roland Marschall
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413271034

Ziel dieses Projekts ist die Herstellung flexibler SiO2-Fasermatten mittels Elektrospinnen, die mit Sulfonsäure-Gruppen und Benzimidazol-Gruppen für hohe Protonenleitfähigkeit funktionalisiert werden sollen. Verschiedene Strategien werden dabei verfolgt, um elektrogesponnene Nanofasern mit hoher Porosität zu erhalten, um eine hohe Beladung mit protonenleitenden Gruppen zu gewährleisten. Zum einen sollen dispergierte SiO2-Nanopartikel für das Elektrospinnen verwendet werden, um poröse SiO2-Fasermatten aufgrund interpartikulärer Porosität zu erhalten. Im Anschluss werden die porösen Fasermatten mit protonenleitenden Funktionalitäten modifiziert. Dazu soll insbesondere eine neu entwickelte CVD-artige Methode verwendet werden, um die Fasermatte keinem mechanischen Stress auszusetzen.Zum Vergleich und zur Erzeugung hoher intrinsischer Protonenleitfähigkeit der resultierenden Fasermatten sollen Dispersionen von mesoporösen SiO2-Nanopartikeln, entweder mit Sulfonsäure- oder Benzimidazol-Gruppen funktionalisiert, zum Elektrospinnen verwendet werden. Dabei soll sowohl die Größe als auch die Porenstruktur der Nanopartikel variiert werden, um die optimale Protonenleitfähigkeit der resultierenden Fasermatte bei möglichst geringer Feuchte zu erhalten. Die erzeugten Fasermatten werden hinsichtlich Ihrer Protonenleitfähigkeit in definierter Luftfeuchte und temperaturabhängig mittels Impedanzspektroskopie untersucht.Anschließend werden die Fasermatten mit Nafion oder sPEEK infiltriert, und die feuchteabhängige Protonenleitung der Kompositmembranen untersucht. Weiterhin sollen diese neuartigen Kompositmembranen in photoelektrochemischen Zellen direkt in der photoelektrochemischen Wasserspaltung eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen