Die Bildungsmechanismen von Metalloxiden, speziell der Eisen- und Aluminiumoxide,
im wässrigen Medium sind aufgrund der Vielzahl kurzlebiger Intermediate und komplexen
Reaktionspfaden nur wenig verstanden. Ein Verständnis der Reaktionsmechanismen
kann jedoch mit Hilfe von zeitaufgelösten Untersuchungen wesentlich vertieft werden.
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Verwendung von zeitaufgelösten Untersuchungen,
die größtenteils auf röntgenbasierenden Analyseverfahren beruhen, um die intermediären
Phasen direkt unter realistischen Bedingungen zu identifizieren.
Im ersten Teil dieser Arbeit erfolgte die Untersuchung der Reaktionsmechanismen von
Eisenoxiden und -oxidhydroxiden direkt in einer stabilisator-unterstützten Synthese.
Nach einer Optimierung der instrumentellen Aufbauten, wurden erstmals zeitaufgelöste,
simultane Röntgenkleinwinkelstreu- und Röntgenabsorptionsspektroskopie-Experimente
an einem Eisenoxid-System durchgeführt, indem ein akustischer Levitator als Probenhalter
verwendet wurde. Als Unterstützung wurden weitere analytische Methoden verwendet,
um ein Gesamtbild über die intermediären Spezies in den drei vorliegenden
Reaktionsmechanismen zu erhalten.
Mit Hilfe von Röntgenphotoelektronenspektroskopie in Kombination mit einem Mikrojet
konnten Spezies, wie Eisen-oxo-Oligomere, als Intermediate in den frühen Stadien
des Hydrolyseprozesses von Akaganeit-Nanopartikeln detektiert werden. Das erste Photoelektronenspektrum
für diese Spezies konnte gezeigt werden.
Im letzten Teil dieser Arbeit wurden zeitaufgelöste Untersuchungen an einem Aluminiumoxo-
System durchgeführt. Es gelang erstmals durch die Kombination von Weitwinkelstreuexperimenten mit dem akustischen Levitator, die Kristallisation des Al13-Clusters in einer sulfathaltigen-Lösung als Aluminiumsulfat-Cluster Al13SO4 in situ zu detektieren. / The formation mechanisms of metal oxides, especially iron and aluminium oxides, in
aqueous media are poorly understood due to the large number of short-lived intermediates
and complex reaction paths. However, an understanding of the reaction mechanisms
can be considerably deepened with the help of time-resolved investigations.
This work focuses on the use of time-resolved investigations, which rest largely on X-ray
based analysis techniques, to identify the intermediate phases directly under realistic
conditions.
In the first part of this work, the reaction mechanisms of iron oxides and iron oxide
hydroxides were investigated directly in a stabilizer-assisted synthesis. Time-resolved, simultaneous
small-angle X-ray scattering and X-ray absorption spectroscopy experiments
were performed on an iron oxide system for the first time using an acoustic levitator
as sample holder after the optimisation of the instrumental set-ups. Further analytical
methods were used to obtain detailed insights of the intermediate species in the three
reaction mechanisms.
Using X-ray photoelectron spectroscopy in combination with a microjet, species such as
iron oxo oligomers could be detected as intermediates in the early stages of the hydrolysis
process of Akaganeit nanoparticles. The first photoelectron spectrum for this species
could be shown.
In the last part of this work, time-resolved investigations were carried out on an aluminium
oxo system. In situ-investigations were possible by combining wide-angle X-ray
scattering experiments with the acoustic levitator. For the first time it was possible to
detect the early stage crystallization of the Al13 cluster in a sulfate-containing solution
as an aluminum sulfate cluster Al13SO4 directly in solution.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/21106 |
| Date | 01 August 2019 |
| Creators | Kabelitz, Anke |
| Contributors | Balasubramanian, Kannan, Rademann, Klaus, Tremel, Wolfgang |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | (CC BY-NC-ND 3.0 DE) Namensnennung - Nicht-kommerziell - Keine Bearbeitung 3.0 Deutschland, http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/ |
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