Raman-Spektroskopie als diagnostisches Tool zur Bestimmung der Struktur-Reaktivitäts-Korrelation von Ruß unterschiedlicher Mikrostruktur

• Applicants: Professor Dr. Reinhard Nießner; Professor Dr. Robert Schlögl
• Subject Area: Hydraulic and Turbo Engines and Piston Engines
• Term: from 2007 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 49742798

Ruß steht gegenwärtig im Fokus von Lufthygienikern, Luftchemikern und Motorenentwicklern. Grund ist der berichtete Zusammenhang zwischen gehäuftem Auftreten von Feinstaub und epidemiologischen Befunden von Lungendysfunktionen. Im städtischen Aerosol ist daher besonders Dieselruß im Mittelpunkt von geforderten Minderungsmaßnahmen.Ein zunehmend verfolgter Ansatz ist dabei die Oxidation von im Abgassystem eines Dieselmotors deponierten Rußpartikeln durch kontinuierliche Oxidation mit NO2 oder intermittierendem Abbrand mit Sauerstoff als Oxidans bei erhöhten Temperaturen. Empirisch wurde in anderen Untersuchungen ein Zusammenhang zwischen der chemischen Reaktivität von unterschiedlichen Rußarten und der Nanostruktur der involvierten Rußpartikeln gefunden.Raman-Mikrospektroskopie ist nach Voruntersuchungen das geeignete Analyseinstrumentarium, um Prognosen zur Anwendung der Rußoxidation auf unterschiedlichste Rußarten zu ermöglichen. Es wird daher einerseits vorgeschlagen, mittels temperaturprogrammierter Oxidation an wenigen Temperaturpunkten in Gegenwart von 02, H2O und NO2 den Abbau zu CO2, CO und NO an unterschiedlichsten Rußproben zu bestimmen.Ein Teil der zur Vermessung gelangenden Aerosolproben wird dann parallel mittels Raman- Spektroskopie charakterisiert und dabei die die Nanostruktur wiedergebenden Ramanbanden (Intensitätsverhältnis D1,3/G-Banden; Halbwertsbreite der D1- und D3- Banden) von Kohlenstoff identifiziert. Zur Validierung der mittels Raman-Spektroskopie bestimmten Strukturcharakteristika werden HRTEM-Aufnahmen und EELS-Messungen von ausgewählten Rußproben durchgeführt Zu Verdeutlichung und Quantifizierung reaktionsfähiger Strukturelemente im Kohlenstoffpartikel soll die lattice fringe Auswertetechnik und die sp2/sp3 Bestimmungstechnik herangezogen werden.Ziel des Vorhabens ist somit die Erarbeitung eines unabhängig abgesicherten Messverfahrens auf der Basis der Raman-Spektroskopie zur Abschätzung der Rußreaktivität, das die bisherig notwendigen zeitraubenden Abbrandversuche oder röntgendiffraktometrische Analyse der Nanokristallstruktur von Ruß substituieren soll.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Dr. Dangsheng Su