Die Wasserelektrolyse stellt eine zentrale Technologie zur Speicherung erneuerbarer Energie in Form von Wasserstoff dar. F\u00fcr eine effiziente Elektrolyse werden leistungsf\u00e4hige und stabile Elektrokatalysatoren ben\u00f6tigt, deren Eigenschaften ma\u00dfgeblich durch ihre Oberfl\u00e4che bestimmt werden. Insbesondere Ni-basierte Nanopartikel stellen f\u00fcr die Anionenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (AEM-WE) eine g\u00fcnstige und verf\u00fcgbare Alternative zu edelmetallbasierten Katalysatoren dar. Der PUDEL-Prozess (Pulsed Laser Diffusion Enhancement in Liquids) bietet die M\u00f6glichkeit, bereits synthetisierte Nanopartikel mittels Laserstrahlung gezielt oberfl\u00e4chennah zu modifizieren.\u00a0Durch die oberfl\u00e4chenselektive und damit ressourcenschonende Modifikation, das hohe Skalierungspotenzial im kontinuierlichen Durchflussbetrieb sowie den geringen Energiebedarf f\u00fcr die Dotierung besitzt PUDEL das Potenzial, als nachhaltiges Verfahren zur gezielten Oberfl\u00e4chenmodifikation von Nanopartikeln und insbesondere zur Optimierung von Katalysatormaterialien f\u00fcr die nachhaltige Energiespeicherung eingesetzt zu werden. Ziel der Dissertation ist es, dieses Potenzial von PUDEL exemplarisch anhand Ni\u2011basierter Katalysatoren f\u00fcr die AEM-WE aufzuzeigen und das Verfahren durch die systematische Untersuchung der Laser- und Materialparameter, die Skalierung auf h\u00f6here Partikelkonzentrationen und Durchs\u00e4tze sowie die anschlie\u00dfende anwendungsnahe Testung weiterzuentwickeln. Zur systematischen Untersuchung grundlegender Skalierungseffekte wird erg\u00e4nzend die laserinduzierte Defekterzeugung in TiO\u2082 als analytisch gut zug\u00e4ngliches Referenzsystem eingesetzt, um Zusammenh\u00e4nge zwischen Partikelkonzentration, Energieeintrag und resultierender Oberfl\u00e4chenmodifikation aufzukl\u00e4ren und anschlie\u00dfend auf die Ni-basierten PUDEL-Systeme zu \u00fcbertragen. Im Mittelpunkt der Dissertation steht damit die Frage, unter welchen Material- und Prozessbedingungen PUDEL eine gezielte und funktionell vorteilhafte Oberfl\u00e4chenmodifikation von Nanopartikeln erm\u00f6glicht und inwieweit sich die dabei gewonnenen Erkenntnisse vom Laborma\u00dfstab auf h\u00f6here Partikelkonzentrationen und Durchs\u00e4tze sowie auf industrien\u00e4here Anwendungsbedingungen \u00fcbertragen lassen. Dabei wird die Hypothese aufgestellt, dass durch eine gezielte Abstimmung der Laser- und Materialparameter oberfl\u00e4chennahe Ver\u00e4nderungen hervorgerufen werden k\u00f6nnen, die sich unmittelbar auf die funktionellen Eigenschaften der Nanopartikel und im gew\u00e4hlten Anwendungsbeispiel auf deren elektrokatalytische Performance auswirken. Erg\u00e4nzend wird anhand der Laserfragmentierung von NiCoS-Pentlandit untersucht, inwieweit ein alternativer laserbasierter Prozess zur Erzeugung nanoskaliger Elektrokatalysatoren genutzt werden kann und sich hinsichtlich Energiebedarf und Skalierbarkeit mit PUDEL vergleichen l\u00e4sst. Dabei wird f\u00fcr PUDEL erstmals die gesamte Entwicklungskette von der Identifizierung relevanter Einflussparameter \u00fcber die Skalierung des Verfahrens bis zur Validierung der behandelten Materialien unter anwendungsnahen Bedingungen betrachtet. Zur Vorbereitung dieser anwendungsnahen Validierung wird zus\u00e4tzlich der Einfluss ausgew\u00e4hlter aliphatischer und aromatischer Amine als m\u00f6gliche Membranabbauprodukte bzw. Verunreinigungen auf Ni-basierte Elektroden untersucht, um diese Erkenntnisse anschlie\u00dfend in die Bewertung PUDEL-modifizierter Katalysatoren einzubeziehen. Das \u00fcbergeordnete Ziel besteht darin, PUDEL als ressourcen- und energieeffiziente Methodik zur gezielten Oberfl\u00e4chenmodifikation von Nanopartikeln weiterzuentwickeln und modellhaft als skalierbare Verfahrenstechnik f\u00fcr Katalysatoroptimierungen zu etablieren. Durch die oberfl\u00e4chenselektive Prozessierung und die Anwendung auf edelmetallfreie Ni-basierte Elektrokatalysatoren soll dabei sowohl zu einer nachhaltigen Herstellung und Funktionalisierung von Nanomaterialien als auch zur ressourcenschonenden Speicherung erneuerbarer Energie mittels Wasserelektrolyse beigetragen werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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