Kohlenstoff-Nanomaterialien aus CO2
Materialien wie Kohlenstoff-Nanoröhren, Nanofasern und Graphen werden normalerweise unter sehr hohen Temperaturen aus Kohlenwasserstoffen oder Graphit gefertigt. Das innovative EU-finanzierte Projekt "Unique nanocarbons from critically opalescent solutions" (UNCOS) entwickelt derzeit eine neue Synthesemethode unter Verwendung von Kohlendioxid (CO2) bei Raumtemperatur. Das Verfahren beruht auf der Erzeugung von Kohlenstoffnanopartikeln durch Dissoziation von CO2 im Zustand der kritischen Opaleszenz. Die Forscher befassten sich auch mit der Herstellung von Graphen durch Verarbeitung eines karbonisierten Monolithen aus einem Ko-Polymer in überkritischem CO2. Schwerpunkt der ersten Projektphase war die Erzeugung langfristiger Stabilität von CO2 in kritischer Opaleszenz. So wurde demonstriert, dass Opaleszenz in einem 10-ml-Reaktor mit CO2 länger als 24 Stunden erhalten bleibt. Auch kann das System offenbar mit Katalysatoren dotiert und gemischt werden, was die kritischen Bedingungen vorübergehend veränderte, die kritische Opaleszenz aber schnell wiederherstellte. Ein weiterer Schwerpunkt war die Reproduzierbarkeit der Dissoziation von CO2 in kritischer Opaleszenz unter verschiedenen Bedingungen, um die Ausbeute und physikalisch-chemischen Eigenschaften der neuen Kohlenstoff-Nanomaterialien zu verbessern. So gelang durch Dissoziation von kritischem CO2 die Herstellung von Kohlenstoff-Nanokügelchen, ohne dass ein Katalysator erforderlich war. Nun wird auf Reproduzierbarkeit hingearbeitet, um Ausbeute und Synthese zu verbessern. Außerdem soll untersucht werden, inwieweit aus überkritischem CO2 Graphenschichten erzeugt werden können. Die enge Zusammenarbeit mit externen Akteuren wie Produzenten von Kohlenstoff-Nanomaterialien und etablierten Technologieanbietern soll produktorientierte Tests und die Charakterisierung von Prototypen fördern. Die Arbeit wurde bereits in vier Beiträgen in unabhängigen Fachzeitschriften veröffentlicht. Angesichts des enormen Marktpotenzials für Kohlenstoff-Nanomaterialien kann die Entwicklung eines kostengünstigen und relativ einfachen Syntheseverfahrens der europäischen Industrie und Wirtschaft deutliche Wettbewerbsvorteile bringen.
Schlüsselbegriffe
Kohlenstoff, Nanomaterialien, Synthesetechniken, kritische Opaleszenz, überkritisches CO2
