Qualifikationsarbeiten

THEMEN BACHELOR- UND VERTIEFUNGS- UND MASTERARBEITEN

• Herstellung von Übergangsmetallkatalysatoren mittels Synthese von Preußisch-Blau Analoga

Themen Bachelor- und Vertiefungs- und Masterarbeiten |  Betreut durch M.Sc. Stephan Feser

Katalysatoren benötigen auf der einen Seite eine hohe spezifische Oberfläche, um möglichst viele aktive Zentren für die Reaktion bereitzustellen, auf der anderen Seite muss durch Meso- und Makroporen ein ungehinderter Durchfluss in und aus den Poren gewährleistet sein. Außerdem sollen gezielt Spinelle hergestellt werden, die dann bei der CO-Oxidation als Feststoffkatalysator eingesetzt werden sollen.

Als Template dienen dabei Preußisch Blau und seine Analoga, die durch Co-Fällung synthetisiert werden. Dabei soll ein möglichst großes, einheitliches Porensystem generiert werden, welches dann bei der anschließenden Kalzinierung zu Mischmetalloxiden/Spinellen partiell geschützt werden soll. Dies geschieht durch den Einsatz von gesättigten Salzlösungen während der Waschung.

Dabei sind die Variationen der Parameter während der Synthese nahezu unbegrenzt, sodass vielfältige Routen probiert und analysiert werden sollen. Anschließend werden die Proben in der katalytischen CO-Oxidation getestet. Für Masteranden könnten dann Analysen nach der Oxidation folgen, um den Katalysator umfassend zu charakterisieren.

Analysen erfolgen u.a. über Quecksilber-Intrusion, Stickstoff-Tieftemperatur-Sorption, Rasterelektronenmikroskopie, XRD, ICP-OES, …

• Synthese hochporöser Silica-Xerogele als Wärmedämmstoff

Themen Vertiefungs- u. Masterarbeiten  |  Betreut durch M.Sc. Kai Müller

Um den Energieverbrauch in Deutschland aber auch weltweit zu senken, müssen zwangsläufig effektive Materialien für die Wärmedämmung entwickelt werden. Mit deren Hilfe kann der benötigte Bedarf an Heizenergie deutlich reduziert werden.

Eines der vielversprechendsten Materialien sind Silica-Aerogele, welche basierend auf dem Sol-Gel-Prozess hergestellt werden. Diese hochporösen Gele weisen extrem niedrige Wärmeleitfähigkeiten auf, finden aber auf Grund der momentan noch hohen Herstellungskosten und geringen Stabilität nur begrenzt Anwendung. Silica-Xerogele zeigen wiederum verbesserte Stabilitäten und deutlich geringe Herstellungskosten, wobei jedoch die Wärmeleitfähigkeit des Materials steigt.

Im Rahmen einer Vertiefer- bzw. Masterarbeit sollen die Eigenschaften der Xerogele in Richtung niedriger Wärmeleitfähigkeiten bei gleichbleibender Stabilität optimiert werden.

• Synthese von Kohlenstoff-Silica-Kompositen

Themen Bachelor-,Vertiefungs- und Masterarbeiten / Betreut durch M.Sc. Bettina Lilli

Im Zuge der Green Chemistry gewinnt die nachhaltige Synthese von Adsorptionsmittel zur Entfernung von Schadstoffen aus Gewässern immer mehr an Bedeutung. Vor allem Agrarreststoffe nehmen hier eine immer wichtigere Aufgabe ein. Innerhalb dieses Themabereichs soll ausgehend vom Agrarreststoff Reisspelzen über verschiedene Syntheseschritte Kohlenstoff-Silica-Komposite hergestellt werden. Die Variation verschiedener Parameter soll untersucht werden.

Zur Charakterisierung werden hauptsächlich die Stickstoffsorption, die Wasserglas-Analytik, die CHN-Elementaranalyse, die optische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma und die Rasterelektronenmikroskopie genutzt.

• Synthese von wasserstabilen porösen Bornitrid durch Leaching

 Themen Bachelor- und Vertiefungsarbeiten / Betreut durch M.Sc. Tim Jähnichen

Im Gegensatz zu vielen anderen Adsorbenzien besitzt Bornitrid eine hohe thermische und chemische Stabilität, weshalb es nachhaltig eingesetzt und einfach regeneriert werden kann. Aufgrund seiner besonderen dipolaren Eigenschaften besitzt das Material eine hohe Affinität zur Adsorption von Metallionen, Antibiotika, organischen Lösungsmitteln und Treibhausgasen. Ebenso kann es als Wasserstoffspeicher eingesetzt werden. Jedoch besitzt das Material nur eine geringe Stabilität gegenüber Wasser, weshalb seine Anwendungsgebiete stark limitiert sind.

Durch Vorarbeiten gelang die Synthese von Wasserdampf-stabilen Bornitrid. Leider zeigten diese Materialien gegenüber flüssigem Wasser keine vollständige Stabilität. Um die Stabilität der porösen Bornitride weiter zu erhöhen soll das Verfahren des postsynthetischen Leachings angewandt werden. Im Rahmen dieser Arbeit sollen optimale Parameter für diese Nachbehandlung gefunden werden, um ein möglichst poröses und stabiles Material zu erhalten. Die Charakterisierung der Materialien findet vorrangig über Quecksilberintrusion, Stickstoffsorption, Rasterelektronenmikroskopie, Röntgendiffraktometrie, Thermogravimetrie, XPS und Infrarotspektroskopie statt.

• Poröse Gläser als Systeme zur transdermalen Verabreichung von Arzneimitteln (TDDS)

Themen für Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten  |  Betreut durch M.SC. Theresa Paul

Poröses Glas soll als potenzielles transdermales Verabreichungssystem für verschiedene Arzneimittel untersucht werden. Aufgrund ihrer einstellbaren Porengröße und ihres Volumens sowie ihrer großen Oberfläche bieten poröse Gläser vorteilhafte und neuartige Eigenschaften für diese Anwendungen.
In unserer Forschungsgruppe, in der materialwissenschaftliche Aspekte untersucht werden, sind studentische Arbeiten möglich. Mögliche studentische Arbeiten umfassen die Funktionalisierung der Glasoberfläche, die Modifizierung der Porenstruktur und die Entwicklung bzw. Verbesserung von Methoden zur Herstellung ultradünner und flexibler Glasmembranen. (BA, MA, Vertiefer möglich)
Studenten, die sich für den Aufbau und die Automatisierung einer Modellanlage zum Strecken von porösen Gläsern interessieren, können sich ebenfalls bewerben. Grundkenntnisse oder Interesse an LabView, Programmierung und Technik sind erwünscht. (nur MA, Vertiefer-Studenten)
Weiterhin besteht die Möglichkeit, Studienarbeiten bei unseren Forschungspartnern in der pharmakologischen Abteilung der Universität Leipzig (Rudolf-Böhm-Institut für Pharmakologie und Toxikologie) durchzuführen. Dabei wird die Wirkstoffbeladung und Freisetzungskinetik mittels HPLC-Massenspektrometrie untersucht. Darüber hinaus werden die Biokompatibilität, die Adhäsion an der Haut und die toxischen Effekte des neuartigen Wirkstoffträgers untersucht. (Vertiefer, MA oder Lehramtsstudenten)
Studentische Arbeiten sind in deutscher und englischer Sprache möglich.

• Entwicklung eines porösen, hochtemperaturstabilen CeO₂-Trägermaterials für die nachhaltige CH₄-Produktion aus Treibhausgasen

Themen für Bachelor-, Vertiefungs- und Masterarbeiten  |  Betreut durch Dr. Sharon Koppka

Aufgrund der zur Neige gehenden Erdöl- und Erdgasreserven gewinnt die nachhaltige Produktion von wertvollen Kraftstoffen wie synthetischem Erdgas aus CO und CO₂ zunehmend an Bedeutung. Wird CO/CO₂ aus der Atmosphäre oder aus nachwachsenden Rohstoffen für die nachhaltige Methanisierung genutzt, werden Treibhausgase reduziert und der globalen Erwärmung entgegengewirkt. Kostengünstige Katalysatoren auf Nickelbasis besitzen eine hohe Selektivität und Aktivität bei dieser Hydrierungsreaktion. Für diese Katalysatoren hat sich gezeigt, dass das Trägermaterial, z. B. bestehend aus Al₂O₃, CeO₂ und ZrO₂, nicht nur die strukturellen Eigenschaften und die Dispersion der aktiven Phase bestimmt, sondern auch eine Schlüsselrolle bei der CO₂-Aktivierung spielt. Ceroxid besitzt hervorragende Redoxeigenschaften (Ce³⁺/Ce⁴⁺-Redoxpaar) und weist zudem eine hohe Sauerstoffspeicherkapazität auf. Dementsprechend besitzen Ceroxidträger im Vergleich zu anderen Trägermaterialien eine große Menge an Sauerstofflücken mit mittlerer Basizität, die die CO₂-Dissoziation und die Metall-Träger-Interaktion fördern.

Im Rahmen der Herstellung eines offenporigen Ceroxid-Trägermaterials aus phasenseparierbaren Gläsern für die Herstellung von Methan aus CO/CO₂-Atmosphären werden die folgenden Aufgaben verfolgt:

• Herstellung und Charakterisierung von homogenen Na₂O-B₂O₃-CeO₂-Gläsern.
• Erzeugung einer gleichmäßigen Phasentrennung zur Einstellung der Porosität.
• Erlangung eines umfassenden Verständnisses der Phasenumwandlung während der Wärmebehandlung und Extraktion
• Studien zur CO/CO₂-Adsorption unter Berücksichtigung des Einflusses der Porentextur und der Phasenzusammensetzung