Nanostructured materials are materials consisting of nanoparticulate building blocks on the scale of nanometers (i.e. 10-9 m). Composition, crystallinity and morphology can enhance or even induce new properties of the materials, which are desirable for todays and future technological applications. In this work, we have shown new strategies to synthesise metal oxide and metal nitride nanomaterials. The first part of the work deals with the study of nonaqueous synthesis of metal oxide nanoparticles. We succeeded in the synthesis of In2O3 nanopartcles where we could clearly influence the morphology by varying the type of the precursors and the solvents; of ZnO mesocrystals by using acetonitrile as a solvent; of transition metal oxides (Nb2O5, Ta2O5 and HfO2) that are particularly hard to obtain on the nanoscale and other technologically important materials. Solvothermal synthesis however is not restricted to formation of oxide materials only. In the second part we show examples of nonaqueous, solvothermal reactions of metal nitrides, but the main focus lies on the investigation of the influence of different morphologies of metal oxide precursors on the formation of the metal nitride nanoparticles. In spite of various reports, the number and variety of nanocrystalline metal nitrides is marginally small by comparison to metal oxides; hence preformed metal oxides as precursors for the preparation of metal nitrides are a logical choice. By reacting oxide nanoparticles with cyanamide, urea or melamine, at temperatures of 800 to 900 °C under nitrogen flow metal nitrides could be obtained. We studied in detail the influence of the starting material and realized that size, crystallinity, type of nitrogen source and temperature play the most important role. We have managed to propose and verify a dissolution-recrystallisation model as the formation mechanism. Furthermore we could show that the initial morphology of the oxides could be retained when ammonia flow was used instead. / Nanostrukturierte Materialien sind Materialien, die aus nanopartikulären Baueinheiten in der Größenordnung von Nanonmetern (d.h. 10-9 m) bestehen. Zusammensetzung, Kristallinität und Morphologie können die natürlichen Eigenschaften dieser Materialien verbessern oder zusätzliche Eigenschaften erzeugen, die für heutige und zukünftige Anwendungen und Verfahren wünschenswert sind. In dieser Arbeit präsentieren wir neue Strategien zur Synthese von Nanopartikeln der Metaloxide und Metalnitride. Im einführenden Teil wird die nichtwässrige Synthese von Metaloxidnanopartikeln beschrieben. Uns gelang die Darstellung von In2O3 Nanopartikeln, deren Größe und Form wir durch die Wahl des Prekursors und des Lösemittels deutlich beeinflussen konnten; von ZnO Mesokristallen durch den Einsatz von Acetonitril als Lösemittel; von Übergangsmetalloxiden (Nb2O5, Ta2O5 and HfO2), die besonders schwer im Nanomaßstab zu erhalten sind und von anderen, technisch relevanten Materialien. Die Möglichkeiten der solvothermalen Synthese sind nicht mit der Darstellung von Oxidmaterialen erschöpft. Im zweiten Teil zeigen wir einige Beispiele nichtwässriger, solvothermaler Synthese von Metalnitriden auf; das Hauptaugenmerk liegt aber auf einer Betrachtung der Einflüsse der Morphologie von Metaloxidnanopartikelprekursoren auf die Bildung der Metalnitridnanopartikel. Die Anzahl und Vielfalt bekannter nanokristalliner Metalnitride ist verschwindend klein im Vergleich zu den Metaloxiden, die in der Fachliteratur etabliert sind und demzufolge einen reichen Baukasten an Prekursoren zur Darstellung von Metalnitriden liefern. Durch die Reaktion von Metaloxidnanopartikeln mit Cyanamid, Urea oder Melamine bei Temperaturen von 800 bis 900 °C unter Stickstofffluss konnten Metalnitride erhalten werden. Eine detaillierte Studie der Reaktionsbedingungen und des Reaktionsablaufs zeigte auf, dass Größe und Kristallinität der Metaloxide, die Art der Stickstoffquelle und die Temperatur die entscheidenden Faktoren sind und legte eine Auflösungs-Rekristallisation als Modelmechanismus dieser Art Reaktion nahe. Darüber hinaus konnte gezeigt worden, dass die anfängliche Morphologie des Oxids unter einem Ammoniafluss beibehalten werden konnte.

Issues with the dissolution and diffusion of polysulfides in liquid organic electrolytes hinder the advance of lithium–sulfur (Li-S) batteries for next generation energy storage. To trap and re-utilize the polysulfides, brush-like, zinc oxide (ZnO) nanowires based interlayers were prepared ex-situ using a wet chemistry method and were coupled with a sulfur/multi-walled carbon nanotube (S/MWCNT) composite cathode. The cell with this configuration showed a good cycle life at a high current rate ascribed to (a) a strong interaction between the polysulfides and ZnO nanowires grown on conductive substrates; (b) fast electron transfer and (c) an optimized ion diffusion path from a well-organized nanoarchitecture. A praline-like flexible interlayer consisting of titanium oxide (TiO2) nanoparticles and carbon (C) nanofiber was further prepared in-situ using an electrospinning method, which allows the chemical adsorption of polysulfides throughout a robust conductive film. A significant enhancement in cycle stability and rate capability was achieved by incorporating this interlayer with a composite cathode of S/MWCNT. These results herald a new approach to building functional interlayers by integrating metal oxides with conductive frameworks. The derivatives of the TiO2/C interlayer was synthesized by changing the precursor concentration and carbonization temperature. Finally, a dual-interlayer was fabricated by simply coating titanium nitride (TiN) nanoparticles onto an electro-spun carbon nanofiber mat, which was then sandwiched with a sulfur/assembled Ketjen Black (KB) composite cathode with an ultra-high sulfur loading. The conductive polar TiN nanoparticles not only have a strong chemical affinity to polysulfides through a specific sulfur-nitrogen bond but also improve the reaction kinetics of the cell by catalyzing the conversion of the long-chain polysulfides to lithium sulfide. Besides, carbon nanofiber mat ensures mechanical robustness to TiN layer and acts as a physical barrier to block polysulfides diffusion. The incorporation of dual interlayers with sulfur cathodes offers a commercially feasible approach to improving the performance of Li-S batteries.