Nanostrukturierte Katalysatoren Herstellung, Charakterisierung, Anwendung an der RWTH Aachen

Karteikarten und Zusammenfassungen für Nanostrukturierte Katalysatoren Herstellung, Charakterisierung, Anwendung an der RWTH Aachen

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Beispielhafte Karteikarten für Nanostrukturierte Katalysatoren Herstellung, Charakterisierung, Anwendung an der RWTH Aachen auf StudySmarter:

1. Wodurch kann es zur Deaktivierung von heterogenen Katalysatoren kommen?

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2. b) Nennen Sie eine funktionelle Gruppe, mit der Sie freie Silanolgruppen auf einem SBA-15 Material passivieren können.

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c) SBA-15 ist ein mesoporöses Trägermaterial mit einem Mikroporensystem in den Porenwänden. Beschreiben Sie eine Möglichkeit, um Metalloxide selektiv in die Mikroporen des SBA-15 einzubringen.

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5. Nennen Sie jeweils einen Vor- und einen Nachteil einer Katalysatorimmobilisierung eines homogenen Katalysators auf einem heterogenen Trägermaterial.

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1. Benennen Sie drei Synthesemethoden für MOF´s

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3. Benennen SIe jeweils einnen strukturellen Parameter des resultierenden MOFs, den Sie durch die Wahl des Konnektors sowie des Linkers wesentlich beeinflussen können.

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6. Welchen großen Vorteil Erfahren ZIFs gegenüber anderen MOFs durch die Zeolith-ähnliche Struktur?

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7. Benennen Sie drei besondere Eigenschaften von MOFs und jeweils ein aus dieser Eigenschaft resultierendes Anwendungsfeld.

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8. Warum kann in einer Gasflasche (V, p, T = konstant) mehr Wasserstoff gespeichert werden, wenn diese mit MOF-Partikeln gefüllt ist, als in einer ungefüllten Flasche?

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2. Bennen Sie drei Anwendungsgebiete organischer Gerüstverbindungen, sowie die für die Anwendung relevanten Eigenschaften.

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3. Polymere Intrinsischer Mikroporosität (PIMs) sind lineare Polymerverbindungen, die trotz ihres linearen Aufbaus im getrockneten Zustand Porosität aufweisen. Erläutern Sie, wie es dazu kommt.

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PIMs lassen sich zudem sehr gut (reversibel) prozessieren. Erläutern Sie eine Anwendung, wo ihnen diese Eigenschaft zugutekommt.

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Nanostrukturierte Katalysatoren Herstellung, Charakterisierung, Anwendung

1. Wodurch kann es zur Deaktivierung von heterogenen Katalysatoren kommen?
  • Vergiftung
  • Sintern (Verlust aktiver Katalysatoroberfläche)
  • Verlust der Aktivkomponente durch mechanischen Abrieb, Auslaugen oder die Bildung gasförmiger Verbindungen (z.B. Nickelcarbonyle)
  • Verkokung

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2. b) Nennen Sie eine funktionelle Gruppe, mit der Sie freie Silanolgruppen auf einem SBA-15 Material passivieren können.
Trimethylsilylieren z.B. Trimethylchlorsilan

Nanostrukturierte Katalysatoren Herstellung, Charakterisierung, Anwendung

c) SBA-15 ist ein mesoporöses Trägermaterial mit einem Mikroporensystem in den Porenwänden. Beschreiben Sie eine Möglichkeit, um Metalloxide selektiv in die Mikroporen des SBA-15 einzubringen.
  1. Templat durch selektive Schwefelsäurebehandlung zunächst nur aus Mesoporen entfernen
  2. Mesoporen nun trimethylsilylieren
  3. Mikroporen durch Calcinierung bei ca. 200°C vom Templat befreien
  4. Funktionelle Gruppen in die Mikroporen einbringen, die effizient mit Metallverbindungen wechselwirkt
  5. Metallverbindung einbringen und Material thermisch behandeln, um Nanopartikel in den Mikroporen zu erzeugen.

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5. Nennen Sie jeweils einen Vor- und einen Nachteil einer Katalysatorimmobilisierung eines homogenen Katalysators auf einem heterogenen Trägermaterial.
Vorteil: Der homogene Katalysator kann nun einfach abgetrennt und recycelt werden.

Nachteil: Vielfach wird nur eine geringere katalytische Aktivität erzielt. Zudem stellt Auslaugen oft ein Problem dar.

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1. Benennen Sie drei Synthesemethoden für MOF´s
  1. Fällung
  2. Solvothermalsynthese / Umkristallisation
  3. Elektrochemische Abscheidung
  4. Mechanochemische Synthese (z.B. Kugelmühle)

Nanostrukturierte Katalysatoren Herstellung, Charakterisierung, Anwendung

3. Benennen SIe jeweils einnen strukturellen Parameter des resultierenden MOFs, den Sie durch die Wahl des Konnektors sowie des Linkers wesentlich beeinflussen können.
Konnektor: Porengeometrie (indirekt dadurch auch Porengrößen), Stabilität (siehe ZIFs)

Linker: Spezifische Oberfläche, Porenvolumen, Porengröße(nverteilung)

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6. Welchen großen Vorteil Erfahren ZIFs gegenüber anderen MOFs durch die Zeolith-ähnliche Struktur?
Eine deutlich höhere Stabilität gegenüber Hydrolyse (~550°C, stabil in siedendem Benzol, MeOH, H2O und aq. NaOH)

Nanostrukturierte Katalysatoren Herstellung, Charakterisierung, Anwendung

7. Benennen Sie drei besondere Eigenschaften von MOFs und jeweils ein aus dieser Eigenschaft resultierendes Anwendungsfeld.
  • Porosität und spezifische Oberfläche: Gasspeicherung/-Seperaration, Aufreinigung
  • Einstellbare (definierte) Porengröße: Gastrennung (Größenselektivität)
  • Aktive Komponente als Konnektor, oder über Funktion des Linkers (z.B. Bipyridin) gebunden: Katalyse
  • Fluoreszenz: Sensorik
  • Toxikologisch unbedenkliche Komponenten als Linker/ Konnektor: Wirkstoff-Freisetzung

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8. Warum kann in einer Gasflasche (V, p, T = konstant) mehr Wasserstoff gespeichert werden, wenn diese mit MOF-Partikeln gefüllt ist, als in einer ungefüllten Flasche?
Das Gas adsorbiert an der hohen Oberfläche des MOF. Im adsorbierten Zustand besitzt das Gas eine deutlich höhere Dichte (quasi-kondensierter Zustand) als im gasförmigen Zusatnd in einer ungefüllten Gasflasche.

Nanostrukturierte Katalysatoren Herstellung, Charakterisierung, Anwendung

2. Bennen Sie drei Anwendungsgebiete organischer Gerüstverbindungen, sowie die für die Anwendung relevanten Eigenschaften.
  • Wasser-/Luft-Aufreinigung: superhydrophobe Oberflächen
  • Fluoreszenz: Sensorik
  • Halbleiter-Eigenschaften: Energiespeicher, Photo-/Elektrokatalyse
  • Gas-Speicherung/-Trennung: hohe spezifische Oberflächen, Porenvolumina

Nanostrukturierte Katalysatoren Herstellung, Charakterisierung, Anwendung

3. Polymere Intrinsischer Mikroporosität (PIMs) sind lineare Polymerverbindungen, die trotz ihres linearen Aufbaus im getrockneten Zustand Porosität aufweisen. Erläutern Sie, wie es dazu kommt.
PIMs basieren auf sterisch anspruchsvollen, unflexiblen Monomeren (meist benzylische Komponenten), welche unter Ausbildung von zwei ebenfalls starren C-O-C Bindungen ein verhältnismäßig unflexibles Polymer erzeugen.

Aufgrund dieser starren Bindungen und Bausteine kollabiert das Polymer auch im getrockneten Zustand nicht vollständig und Zwischenräume ergeben eine Mikroporosität.

Nanostrukturierte Katalysatoren Herstellung, Charakterisierung, Anwendung

PIMs lassen sich zudem sehr gut (reversibel) prozessieren. Erläutern Sie eine Anwendung, wo ihnen diese Eigenschaft zugutekommt.
Membranen zur Aufreinigung (z.B. von Gasen) lassen sich reversibel gießen und somit im Idealfall regenerieren.

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