Das Projekt "Experimental investigations into the influence of organic complexing agents and inorganic anions (Cl-, NO3-, SO42- und PO43-) on the transformation behaviour and the mobility of metallic palladium (Pd) and PdO" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main, Institut für Atmosphäre und Umwelt durchgeführt. The projects goal is to examine the Mobility and transformation behaviour of emitted palladium from automobile exhaust catalysts into the environment. To achieve this, I will examine the influence of commonly present organic complexing agents like citric acid, amino acid (L-Methionin) and ethylenediamine tetra acetic acid (EDTA), as well as inorganic anion species (Cl-, NO3-, SO42- und PO43-), on the chemical behaviour and transformation of metallic palladium (Pd-Mohr) and PdO into more soluble species. The analytical experiments will be conducted over different time periods (1, 10, 20, 30, 40, 50 and 60 days), involving different concentrations of the various complexing agents under examination (0.001, 0.01 and 0.1 M). The results will help clarify the extent to which Pd Mobility is influenced by time and the presence of various complexing agents at different concentrations. In addition, surface analyses of isolated particles using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) will be used to examine the influence of organic compounds and inorganic anion species, on the transformation of metallic palladium and PdO. The proposed study will significantly help to shed light on questions related to the environmental transformation of Pd into more toxic species following emission in car exhausts, a poorly understood process to date.
Das Projekt "Catalyst development for selective conversion of syngas to mainly aromatic hydrocarbons" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Technische Chemie (LTC) durchgeführt. Objective: Development and characterization of zeolite-modified fischer-tropsch catalysts with a high selectivity for aromatic hydrocarbons under conditions similar to fischer-tropsch synthesis. General information: formation of aromatic hydrocarbons via zeolite modified ft catalysts is well known, but the selectivity is low (ca 30 percent). Higher selectivities were achieved only when zeolites were combined with catalysts for methanol synthesis, but then pressures and temperatures similar to those usually applied in methanol synthesis were required. The present project aims at applying conditions similar to ft synthesis. Modified fe/mn and fe/v-oxide catalysts combined with zsm-5-type-zeolites of high silica to alumina ratio will be used, 1.- as composite catalysts (micro-mixed on molecular scale), 2.- as mechanically mixed catalysts (macro-mixed material), and 3.- the two catalysts distributed on two different catalytic reactors (dual bed operation). The composite catalysts will be tested catalytically and characterized by their physico-chemical surface properties before, during and after catalytic reaction. These informations are expected to serve as a feed-back in design and optimization of catalysts. Achievements: A high pressure apparatus has been developed for synthesis gas experiments. The whole apparatus is controlled by a minicomputer, to be able to work at constant carbon monoxide conversion or at constant space velocity. For surface analysis an Auger electron spectroscopy (AES), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), ion scattering spectrometry (ISS) apparatus has been additionally equipped with a reaction chamber to conduct in situ synthesis gas experiments. The pressure dependence of selectivity and activity of an iron manganese oxide catalyst has been investigated. A maximum in activity is observed at a synthesis gas pressure of 1.5 MPa. The surface concentration, as determined by XPS and ISS of the catalysts is strongly altered by pre-treatment conditions and the addition of copper or potassium. The following catalytic systems were developed, tested in the Fischer Tropsch (FT) reaction and characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM) and carbon monoxide (CO) chemisorption: iron/manganese oxides impregnated with cobalt, copper, lead, rhodium and potassium respectively; cobalt/manganese oxide catalysts with different compositions to maximise the formation of olefinic products; rhodium/silicon dioxide catalysts doped with rare earth compounds and thorium dioxide to maximise the formation of oxygenates; mixtures of the previous catalysts with pentasil zeolites to form aromatic hydrocarbons. 2 modes of operation were tested: a single bed reactor with a mechanical mixture of the components and a dual operation with the FT component and the zeolite respectively in separate reactors. ... Prime Contractor: Ruhr Universität Bochum, Technische Chemie, Fakultät für Chemie; Bochum; Germany.
Das Projekt "CarboSafe - Sicherheit, Gesundheit und Qualität im Umgang mit CNT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Abteilung 6 Materialschutz und Oberflächentechnik, Fachgruppe 6.5 Polymere in Life Science und Nanotechnologie durchgeführt. Da eine chemische Funktionalisierung CNTs hinsichtlich ihrer Transporteigenschaften in und Wechselwirkungsfähigkeit mit biologischen Systemen verändert, werden für die Rückführbarkeit eventueller ökotoxikologischer Wirkungen auf chemisch-physikalische Materialcharakteristika an der BAM Methoden zur Quantifizierung funktioneller chemischer Gruppen an CNTs entwickelt, die auf Derivatisierungsreaktionen basieren und mit XPS und NMR-Spektroskopie ausgewertet werden. Materialauswahl; Derivatisierungsverfahren für CNTs in Flüssig- und Gasphase; Quantifizierung derivatisierter Gruppen mittels XPS und 19F-NMR; Strukturcharakterisierung mittels 13C-NMR; Vergleich von XPS- und NMR-Quantifizierung; Untersuchungen zur Effizienz- und Selektivität; Erhöhung der Empfindlichkeit; Beteiligung an Standardisierung Die ökotoxikologischen Ergebnisse dieses Projektes haben sehr hohe Bedeutung für die kommerzielle Verwertung von CNTs und CNT-Produkten. Die Entwicklung von Analyseverfahren für funktionelle Gruppen an CNTs wird helfen, die Toxikologie neuer CNTs zu verstehen und Strategien zur kovalenten Kopplung von CNTs an die Matrix zu entwickeln, wodurch das CNT-Emissionsrisiko reduziert werden kann.
Das Projekt "Simulationsbasierte Sicherheitsbewertung eines unkontrollierten, thermischen Durchgehens bei gealterter Batteriezellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SGS Germany GmbH durchgeführt. Eine frühzeitige simulationsbasierte Bewertung von neuen Batteriematerialien und Zelldesigns ermöglicht eine gezielte und optimale sicherheitstechnische Auslegung und einen deutlich beschleunigten und kostengünstigen Entwicklungsprozess von sicheren und leistungsfähigen Batteriesystemen. Dafür soll in SimDural eine Simulation entwickelt werden, die es erlaubt, bei gealterten Zellen ein unkontrolliertes Durchgehen darzustellen. Zuerst werden die Zellen einer Zyklisierung bei SGS München unterzogen. Dabei werden zwei versch. Alterungsprofile (P1,P2) angewendet, um die Zellen künstlich zu altern. P1 (Laufzeit 18 Monate) ist ein Lade-/Entladevorgang mit abwechselnden CC-Phasen von unterer bis oberer Spannungsgrenze. P2 (Laufzeit 24 Monate) wird an einem realen Fahrprofil angepasst. Bei beiden Profilen soll während der Zyklisierung eine elektr. Charakterisierung erfolgen sowie Druck und Weg der Verspannplatten aufgezeichnet werden. Nach der Hälfte der Laufzeit, werden ein Teil der Zellen aus beiden Profilen herausgenommen und Missbrauchstests unterzogen. Bei SGS Dresden werden Materialprüfungen und chem. Analysen an den gealterten und getesteten Zellen durchgeführt. U.A. Scanning Acoustic Microscopy zur Bestimmung von Defekten im Aufbau oder Kurzschlüsse in den Zellen, Xray Photoelectron Spectroscopy zur Vermessung der chem. Elemente und Spezies in den Elektroden sowie Massenspektroskopie zur Vermessung von Verunreinigungen im Elektrolyten und den jeweiligen Elektroden.
Das Projekt "MAIgreen - Kosteneffiziente Carbonfasern auf PAN- und Ligninbasis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Augsburg, Institut für Physik, Lehrstuhl für Experimentalphysik II durchgeführt. 1. Vorhabenziel Auf Basis der im Teilvorhaben der Universität Augsburg geplanten materialwissenschaftlichen Analyse von Lignin- oder PAN-basierten C-Fasern und ihrer Vorgängerprodukte soll eine Aufklärung der während des C-Faser-Produktionsprozesses ablaufenden Stabilisierungs- und Carbonisierungsreaktionen in Abhängigkeit von den Prozesstemperaturen, -geschwindigkeiten und Atmosphären ermöglicht werden. Durch die Korrelation der Mikrostruktur, der chemischen und thermochemischen Eigenschaften mit den mechanischen Eigenschaften der Carbonfasern wird eine Optimierung der Fasereigenschaften entlang der Prozesskette angestrebt. Ziel ist die Entwicklung energie- und kosteneffizienter Prozessparameter für den Stabilisierungs- und Carbonisierungsprozess. 2. Arbeitsplanung Die chemischen Umwandlungen bei der Stabilisierung sollen mittels FT-IR untersucht werden. Die Untersuchung der kristallinen Struktur erfolgt mittels Röntgendiffraktion und in Einzelfällen mittels TEM. Das thermochemische Reaktionsverhalten während des Stabilisierungs- und Carbonisierungsprozesses soll mittels DSC und TGA/MS bzw. TGA/IR untersucht werden. Die Analyse der Topographie der Faseroberfläche bis zur nm-Skala soll mittels REM und AFM untersucht werden. Der Einsatz von EDX, XPS und SAM liefert zusätzlich Informationen über die chemische Zusammensetzung der untersuchten Faseroberfläche.
Das Projekt "Forschungsprämie: Evaluierung der p-Dotierung von ZnO durch Sputterverfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Physikalische Elektronik durchgeführt. Evaluierung der p-Dotierung von ZnO durch Sputterverfahren. ZnO soll zunächst mit elementarem Phosphor dotiert werden. Untersuchung der Herstellung vom Ausgangsmaterial (Target). Schichtherstellung, Parametervariationen. Untersuchung der Leitfähigkeit, temperaturabhängig, Leitungstyp mit Thermokraft und Hallmessungen, Transmission, Zusammensetzung und Morphologie mit XPS, (SIMS), XRD.
Das Projekt "FELIZIA - Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen in automobilen Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Physikalisch-Chemisches Institut durchgeführt. Das Teilvorhaben ist auf Aufgaben im Bereich der inneren Grenzflächen von Feststoffbatterien und der Charakterisierung von Festelektrolyten ausgerichtet. Das übergreifende Ziel des Teilvorhabens ist es, gemeinsam mit den Verbundpartnern limitierende Grenzflächeneffekte zu identifizieren, quantitativ zu charakterisieren und Lösungen zur Reduzierung der Effekte zu erarbeiten. Festelektrolyte werden als wichtiger Faktor für die erfolgreiche Nutzung von Lithiummetallanoden angesehen. In diesem Teilvorhaben soll daher die Grenzflächenkinetik von Lithiummetallanoden unter verschiedenen mechanischen Randbedingungen untersucht werden. Die Kathodengrenzfläche zwischen Festelektrolyten und Kathodenmaterialien besitzt dagegen kinetisch wie thermodynamisch andere kritische Aspekte. Gemischtleitende Interphasen können hier vermitteln und entsprechende Beschichtungen sollen gemeinsam mit den Partnern untersucht werden. Die komplexen Grenzflächen in Kathodenkompositen sollen ebenfalls gezielt untersucht werden. Im AP 2.3.1 ist die AG Janek an der Entwicklung langzeitstabiler, gut zyklisierbarer Kathoden-Komposite beteiligt. Im AP 3.3.1 unterstützt die AG Janek Untersuchungen der FSU durch gemeinsame Messungen mittels in situ-Röntgendiffraktometrie. In den AP 4.1 - 4.3 wirkt die AG Janek bei komplexen Charakterisierungsproblemen von Festelektrolyten der Partner mittel XPS und SIMS mit. Im AP 5.2.3 bringt die AG Janek ihre umfangreichen Erfahrungen in der elektrochemischen Charakterisierung von Metall/Festelektrolyt-Grenzflächen ein. AP 6 (Optimierung Grenzflächen Festelektrolyt / Kathode bzw. Anode) stellt einen zentralen Aufgabenbereich dar, in dem mögliche kinetische Hemmungen an Elektroden/Festelektrolyt-Grenzflächen durch geeignete künstliche Zwischenschichten unterdrückt werden sollen. Im AP 7.2.1 übernimmt die AG Janek gemeinsam mit der BASF SE die Konstruktion eines optimierten Zellgehäuses für Testzellmessungen unter definiertem Druck.
Das Projekt "Teilvorhaben: Oberflächenanalytik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von nanoAnalytics GmbH durchgeführt. Zur Steigerung der wirtschaftlichen Attraktivität von Windkraftanlagen und der damit einhergehenden Unterstützung der Ziele zur Energiewende plant das Projekt ROKKO die Erforschung von Leistungselektronischen Komponenten zur Regenerativen Energieerzeugung durch Windkraft. nanoAnalytics analysiert dabei die vorhandenen Materialien und Grenzflächen mittels Argoncluster-Sputtern und XPS. In dem Projekt soll das Verfahren des Argoncluster-Sputterns im Rahmen der XPS-Analytik an Metallen etabliert und evaluiert werden. Dabei wird zuerst die Methodik an Metalloberflächen entwickelt und getestet um damit anschließend die vorhandenen Proben und Systeme zu charakterisieren.
Das Projekt "Chemische Gradienten in Cu(In,Ga)Se2 Solarzellen: Grenzflächenuntersuchungen und theoretische Modellierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Material- und Geowissenschaften, Bereich Materialwissenschaft, Fachgebiet Oberflächenforschung durchgeführt. Das Gesamtziel des Verbundprojektes ist Gradienten der chemischen Zusammensetzung in Cu(In,Ga)(S,Se)2 Dünnschichtsolarzellen in Abhängigkeit der Schichtherstellung und der Ausbildung der Grenzfläche zum Puffermaterial zu analysieren. Im Teilprojekt der TU Darmstadt sind einerseits die Aufklärung von chemischen Gradienten an Grenzflächen mittels Photoemission und andererseits die theoretische Bestimmung von Phasen- und Defektgleichgewichten sowie die quantitative Berechnung von Diffusivitäten. Im Teilprojekt der TU Darmstadt werden einerseits umfangreiche Experimente zur Analyse der Grenzflächeneigenschaften von Cu(In,Ga)(S,Se)2 Solarzellen mit Photoelektronenspektroskopie durchgeführt. Andererseits wird die Eigen- und Fremddiffusion mit ab initio Methoden berechnet. Die Ergebnisse werden zu denen der anderen Projektpartner in Bezug gesetzt. Die Ergebnisse werden einerseits in Publikationen der Fachwelt sowie durch permanenten Austausch den Projektpartnern zur Verfügung gestellt. Diese sind teilweise direkt in die Entwicklung der Solarzellen und deren Produktionsprozesse eingebunden. Auf zwei Industrieworkshops ist außerdem eine ausführliche Diskussion der Ergebnisse mit auf dem Gebiet tätigen Instituten und Firmen vorgesehen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Grundlagen elektrochemischer Phasengrenzen von Metall(oxid)/Elektrolyt-Grenzflächen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Fritz-Haber-Institut durchgeführt. Die elektronische Struktur von Festkörper-Elektrolytgrenzflächen wird in diesem Teilvorhaben unter Reaktionsbedingungen untersucht. Für die Energiewandlung und Energiespeicherung ist die elektrochemische Wasserspaltung von besonderer Bedeutung. Diese erfolgt an Ir- und Pt Elektroden, da bisher nur Edelmetallelektroden die erforderliche Stabilität insbesondere auf der Anodenseite zeigen. Leider ist die elektronische Struktur an der Grenzfläche und an der Anodenoberfläche unbekannt. Dies liegt in der Tatsache begründet, dass es keine Messmethoden gibt, die die Bestimmung der elektronischen Struktur unter elektrochemischen Reaktionsbedingungen ermöglichen. Die Photoelektronenspektroskopie eröffnet hierzu neue Möglichkeiten. Es werden zwei Lagen Graphen auf ein Siliziumnitridgitter transferiert und mit Pt bzw. Ir bedampft. Die bedampfte Seite dient dann als Anode und wird einem Wasserfluss ausgesetzt. Die Photoelektronenspektroskopie erfolgt dann durch das Graphen und den elektrochemischen Bedingungen der Wasserspaltung. Um das Vorhaben zu realisieren muss im ersten Schritt die vorhandene XPS Apparatur zur Untersuchung von heterogen katalytischen Prozessen so umgebaut werden, dass auch elektrochemische Experimente durchgeführt werden können. Dazu wird eine Schnittstelle zwischen Analysator und Reaktionszelle geschaffen, so dass unterschiedliche Module an den Analysator adaptiert werden können. Im nächsten Schritt werden Depositionsmethoden für nanostrukturierte Pt und IrO2 Elektroden auf das Graphen verglichen und die so erhaltenen Elektroden in der elektrochemischen Wasserspaltung charakterisiert. Sind stabile Graphenmembrane gefunden und zeigen die Elektroden eine gute Performance in der OER (oxygen evolution reaction) werden diese mittels Photelektronenspektroskopie unter elektrochemischen Reaktionbedingungen spektroskopiert. Die Messergebnisse werden mit Zustandsdichte Rechnungen verglichen.
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