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H. Grothe, J. Ofner, H. Muckenhuber:
"Untersuchungen zur Oberflächenchemie von Kohlenstoffpartikeln";
Poster: 1. GÖCh-Symposium 2007, Universität Wien; 19.10.2007 - 20.10.2007; in: "Physikalische Chemie in Österreich", (2007), S. 17.

Kohlenstoffpartikel gelangen zu immer größerer Bedeutung in der Atmosphärenchemie. Gründe dafür sind z.B. ihr Beitrag zum urbanen Feinstaub, ihre toxische Wirkung oder ihr Einfluß auf die globale Strahlungsbilanz. Partikuläre Emissionen wie Ruß oder sekundär gebildetes Aerosol wie HULIS (humic like substances) stellen zurzeit einen Schwerpunkt der atmosphärenchemischen Untersuchungen dar. Aus der Sicht der Physikalischen Chemie bieten sich oberflächenchemische Untersuchungen dieser Kohlenstoffpartikel [1,2,3,4] an, um die Bedeutung der Partikel für die atmosphärische Gasphasenchemie besser einschätzen zu können.

Zur Oberflächenuntersuchung dieser realen Systeme eignen sich besonders die Diffuse-Reflexions-Infrarot-Fourier-Transformations-Spektroskopie (DRIFTS), die Temperatur-Programmierte-Oberflächen-Reaktions-MassenSpektroskopie (TPSR-MS), die Temperatur-Programmierte-Desorptions-MassenSpektroskopie (TPD-MS) und die Elektronen-Spin-Resonanz (ESR) Spektroskopie. Alle vier Methoden wurden von uns für die Charaktersierung von Huminstoff und Rußproben eingesetzt. DRIFTS liefert anhand von charakteristischen Schwingungsbanden detaillierte Informationen über die Entstehung und Transformation von funktionellen Oberflächengruppen. TPD-MS gibt Aufschluss über die Stabilität dieser Gruppen und TPSR-MS verfolgt das Reaktionsverhalten mit atmosphärenchemisch relevanten Gasen. Radikale an der Oberfläche können mittels ESR untersucht werden. Die Kombination dieser spektroskopischen Techniken ermöglichte ein umfassendes Verständnis von heterogenen Reaktionen mit Kohlenstoffoberflächen auf molekularem Niveau. Untersucht wurden a) die heterogene Reaktion mit Stickoxiden und b) die Einwirkung von reaktiven Halogenverbindungen. Die Stabilität und die Reaktivität der neu gebildeten funktionellen Gruppen wurden festgestellt. Einzelne heterogene Reaktionsmechanismen konnten aufgeklärt werden.


[1] Muckenhuber H., Grothe H., The heterogenous reaction between soot and NO2 at elevated temperature, Carbon, 2006, 44, 546.
[2] Sadezky A., Muckenhuber H., Grothe H., Niessner R., Pöschl U., Raman microspectroscopy of soot and related carbonaceous materials: Spectral analysis and structural information, Carbon, 2005, 43, 1731.
[3] Muckenhuber H., Grothe H., The reaction between soot and NO2 - investigation of functional groups using TPD-MS, Topics in Catalysis, 2004, 30/31, 287.
[4] Muckenhuber H., Grothe H., A DRIFTS study of the heterogeneous reaction of NO2 with carbonaceous materials at elevated temperature, Carbon, 2007, 45, 321.

Projektleitung Hinrich Grothe:
Wirtschaftskammerpreis 2005