s/physilalische chemie/Physikalische Chemie/gi
When released into surface waters, engineered inorganic nanoparticles (EINP) can be subject to multiple transformations. The objectives of MASK are to understand under which conditions EINP in aquatic systems will attach to suspended matter, under which conditions and in which time scale EINP are coated by NOM present in freshwater systems, how these coated colloidal particles are stabilized in the aquatic system and to which extent the aquatic aging processes are reversible. Homo-aggregation, coating changes, biological interactions and hetero-aggregation are hypothesized as key processes governing EINP aging in water bodies. In process orientated laboratory incubation experiments (50 ml to 6 l) with increasing complexity, MASK unravels the relevance and the interplay of inorganic colloids, aquagenic and pedogenic organic matter and solution physicochemistry for stability of EINP. These systems will successively approach situations in real waters. MASK thus provides information on EINP fluxes in the aquatic compartment, their time scales, reversibility and relative relevance. EINP will be analysed by standard light scattering techniques, ICP-MS, ESEM/EDX, WetSTEM and AFM. A method coupling hydrodynamic radius chromatography (HDC) with ICPMS recently developed by K. Tiede for nAg0 will be optimized and developed for further EINP analysis, MASK is further responsible for the virtual subproject ANALYSIS, the development and optimization of joint research unit methods of EINP analysis, sample preparation and sample storage, the exchange of methods and coordinates the joint analyses and the central EINP database.
Die synthetische Materialchemie steht vor enormen Herausforderungen: Die Energiewende erfordert völlig neue Materialien mit herausragenden Eigenschaften - effektive Fotokatalysatoren für die solargetriebene Wasserstoffentwicklung, effiziente Energiespeichermaterialien, Materialien für Energiekonversion und vieles mehr. Auf der anderen Seite besteht die zwingende Notwendigkeit des ressourcenschonenden Einsatzes von Rohstoffen und Energie durch effizientere Herstellung bekannter und bereits verwendeter Materialien. Hier müssen nachhaltige chemische Prozesse erdacht und entwickelt werden, die bei niedrigerer Temperatur ablaufen, höhere Reinheit und Ausbeute ermöglichen und weniger Abfall produzieren. Eine Erfolg versprechende Option hierfür ist die Nutzung von ionischen Flüssigkeiten (engl. Ionic Liquids, ILs) - organische Salze, die bereits unterhalb 100 Grad Celsius, oftmals sogar bei Raumtemperatur, als hoch polare Flüssigkeiten vorliegen. Die einzigartigen Eigenschaften dieser neuartigen 'Designer-Lösungsmittel' lassen sich durch vielfältige Variation ihrer chemischen Zusammensetzung an das jeweilige Synthesesystem adaptieren. Vielversprechende erste Forschungsergebnisse zeigen, dass unter Nutzung von ILs anorganische Materialien (Metalle, Legierungen, Halbleiter, Hartstoffe, Funktionswerkstoffe etc.) unter Umgebungsbedingungen hergestellt werden können. Dadurch lassen sich Energieeinsatz und technischer Aufwand im Vergleich zu den bisher notwendigen Hochtemperaturprozessen, wie Schmelzreaktionen, Solvothermalsynthesen oder Gasphasenabscheidungen, enorm reduzieren. Zugleich werden chemische Materialsynthesen besser steuerbar, was ebenfalls die Energie- und Rohstoffeffizienz erhöht. Unabhängig davon eröffnen Synthesen in ILs die Möglichkeit, auch völlig neue Niedertemperaturverbindungen mit noch unbekannten chemischen und physikalischen Eigenschaften erstmalig zugänglich zu machen. Tatsächlich lassen sich in diesem frühen Stadium der Forschung noch längst nicht alle wissenschaftlichen, ökonomischen und ökologischen Implikationen abschätzen. Somit sind die Ziele des Schwerpunktprogramms: (1) Etablierung IL-basierter ressourceneffizienter Synthesen für bekannte Funktionsmaterialien, (2) Entdeckung neuartiger, auch unorthodoxer Funktionsmaterialien, die nur durch die Synthesen nahe Raumtemperatur in ILs zugänglich sind, (3) Verständnis der Prinzipien von Auflösung, Reaktion und Abscheidung anorganischer Feststoffe in ILs.
Polymer-basierte Batterien gelten als aussichtsreiche Kandidaten für eine nachhaltige Energiespeicherung, was u.a. motiviert wird durch einen reduzierten Energieverbrauch bei der Herstellung, eine einfachere Recyclingfähigkeit sowie die Verwendung leicht zugänglicher Materialien und dem Austausch kritischer Metalle. Aktuell leiden Polymer-basierte Batterien jedoch unter diversen Herausforderungen hinsichtlich ihrer elektrochemischen Performanz, insbesondere einer geringen Energiedichte oder nicht ausreichender Zyklenstabilität. Zudem fehlt aktuell noch ein grundlegendes Verständnis bzgl. der Kapazitätsverluste der Zellen sowie der auftretenden Alterungsmechanismen an den Elektroden/Elektrolyt-Grenzflächen. In diesem Projekt soll ein Spezialtyp einer Polymer-basierten Batterie systematisch untersucht werden, eine sogenannte Polymer-basierte Dual-Ionen-Batterie (DIB), welche organische Materialien des n- und p-Typs zur simultanen Speicherung von Kationen und Anionen verwendet. Das DIB-System unterscheidet sich von klassischen Polymer-Batterien basierend auf dem Kationen- oder Anionen-'Rocking-Chair'-Prinzip, da hier nicht nur eine Ionensorte, sondern sowohl Kationen als auch Anionen beteiligt sind. Dieses Speicherprinzip bietet verschiedene Vorteile, wie u.a. eine hohe Variabilität möglicher Kation-Anion-Paare sowie typischerweise eine hohe Zellspannung, die durch geeignete Polymermaterialien erreicht werden kann. Zur Entwicklung Polymer-basierter DIB-Systeme mit verbesserter Energiedichte und Stabilität werden in diesem Projekt verschiedene Strategien adressiert: (I) Design neuartiger Polymermaterialien mit höherem Arbeitspotential für die positive Elektrode ('Spannungstuning'), (II) Entwicklung von Hybridsystemen wie Graphit / Polymer mit hoher Zellspannung, (III) Entwicklung von 'All-Polymer'-DIB-Systemen, mit verschiedenen Konzepten wie der Entwicklung ambipolarer Polymersysteme sowie sogenannter 'Reverse-All-Polymer-DIB-Systeme'. Die verschiedenen Polymer-DIB-Systeme sollen hinsichtlich ihrer elektrochemischen Performanz umfassend untersucht werden, wobei der Einfluss der Elektrolytformulierung und der gebildeten 'Interphasen' auf die reversible Kapazität und Stabilität während der Lade-/Entladezyklisierung im Vordergrund der Untersuchungen stehen. Zu diesem Zweck werden verschiedene ex-situ und in-situ Analysen durchgeführt, um wichtige und umfassende Einblicke in die mechanistischen Eigenschaften der Kationen- bzw. Anionen-Speicherung, die Stabilität der Polymermaterialien und die Rolle der 'Interphasen' zu erhalten. Es wird erwartet, dass die in diesem Projekt gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse für die Entwicklung verbesserter polymerer Aktivmaterialien und optimierter Elektrolyte für Polymer-basierte DIB-Zellen mit hoher Energiedichte und Zyklenstabilität von großer Bedeutung sind.
Die SUMTEQ GmbH ist ein junges Start-Up mit Sitz in Düren (Nordrhein-Westfalen). Als Spin-Off des Lehrstuhls für physikalische Chemie der Universität Köln ist es dem Unternehmen gelungen, ein innovatives Produktionsverfahren zu entwickeln, mit dem Polymere erstmalig skalierbar zu einem stabilen nanoporösen Schaum expandiert werden können. Dieser innovative Schaum lässt sich äußerst effektiv im Bereich der Gebäudedämmung einsetzen. Aktuell am Markt verfügbare Hochleistungsdämmstoffe zeichnen sich ebenfalls durch eine feine Porenstruktur aus, die zu sehr guten thermischen Isolationseigenschaften führt. Allerdings sind die Produktionsverfahren, die für die Erreichung einer dauerhaften Nanostruktur notwendig sind, sehr zeit- und kostenintensiv. Daher werden zur Zeit Hochleistungsdämmstoffe nur in geringen Volumina in Marktnischen eingesetzt. Ziel des Vorhabens ist die Herstellung einer neuen Dämmstoffklasse namens Sumfoam, die aufgrund der Kostenstruktur den Zugang zum breiten Markt ermöglicht. Das Produktionsverfahren ist durch kurze Zykluszeiten und einen moderaten Energieeinsatz bestimmt. Als Treibmittel wird ausschließlich CO2 verwendet, das in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird und zu über 95 Prozent wiederverwendet werden kann. Die Herstellung ist somit ressourceneffizient und Emissionen werden weitestgehend vermieden. Auch in der Anwendung bietet Sumfoam Umweltvorteile. Aufgrund der im Vergleich zu herkömmlichen Dämmstoffen signifikant geringeren Wärmeleitfähigkeit kann die für Bauprodukte notwendige Dämmwirkung mit deutlich geringeren Volumina erzielt werden. Im Umkehrschluss lässt sich alternativ bei gleicher Schichtdicke eine erheblich höhere Isolationswirkung erreichen. Dabei eignet sich das Material beispielsweise für Putzsysteme, für eine platzsparende Wärmedämmung an neuralgischen Punkten von Gebäuden oder für nachträgliche Einblasdämmungen. Im Rahmen der industriellen Produktionsaufnahme von Sumfoam können bei voller Auslastung knapp 10 Millionen Kilogramm CO2 jährlich eingespart werden.
A challenging area of anaerobic digestion (AD) research remains largely unchartered with respect to understanding the role of trace metals (TMs) in enabling biogas production. This major knowledge gap and scientific challenge is a multifaceted problem involving metal chemistry, physical interactions of metal and solids, microbiology and technology optimisation. Moreover, the fate of TMs, and the chemical speciation and transport of TMs, in environments - often agricultural lands - receiving discharge waters from AD is completely unknown. The Action aims to grow a critical mass of stakeholders interested in understanding trace metal bioavailability and microbial interactions in anaerobic environments and soils. Five working groups (i.e. Chemical speciation and bioavailability; Microbiology; Engineering; Fate of TMs in the environment; and Modeling) are defined, where cooperation between, and integration of, the working groups will be emphasized. The COST Action will allow the establishment of a strong European network, including Early-Stage Researchers. The problem has major environmental, economic and social significance, and the network will disseminate findings to the scientific community, water industry, policy makers and the rest of society.
Ziel des vorliegenden Projekts ist es, durch enge Kooperation experimenteller und theoretischer Arbeitsgruppen entscheidende Fortschritte beim Verständnis der Morphologie und der elektronischen Vorgänge zu erzielen, um zukünftig das Design der Moleküle sowie darauf aufbauend die Einstellung der Nanomorphologie gezielt durchführen zu können. Es werden Merocyanine synthetisiert. Die Verbindungen werden gereinigt und Verunreinigungen umfassend charakterisiert. Ziel der Reinheit ist größer als 99.99 Prozent. Untersuchung des Einflusses der Verunreinigung auf Morphologie und Bauteileigenschaften. Es werden BHJ und PHJ Schichten aus den Donatoren und C60 hergestellt. Die Präparation von VAC Zellen erfolgt durch Kontrolle und Manipulation der Abscheidebedingungen wie Zusammensetzung, Schichtdicken und Substrattemperatur. Außerdem werden vor allem Nassprozessierung (SOL) wie Spincoating, Spraycoating, Tauchen etc. eingesetzt. Die Charakterisierung erfolgt mit TEM/REM etc., Ultraanalytik, Schichten und Bauteile werden optisch und elektrisch umfassend charakterisiert. Es werden die Ladungsträgergeneration, -transport und - rekombiantion untersucht. Durch Variation von Parametern wie Temperatur, Lichtintensität etc. werden Aussagen über Verlustprozesse getroffen, um eine Optimierung zu ermöglichen. Die Solarzellen werden umfassend charakterisiert und Daten zur theoretischen Beschreibung und Vorhersage neuer Strukturen extrahiert.
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| Bund | 53 |
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| Förderprogramm | 53 |
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| Boden | 32 |
| Lebewesen und Lebensräume | 28 |
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