Role of hydrogen in the formation of condensed carbon nanoparticles from gas-phase reactions

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Kohlenstoff-Nanopartikel spielen sowohl als verbrennungsgenerierte Schadstoffe als auch als Industrieprodukte eine wichtige Rolle. Die Modellierung ihres Bildungsvorgangs ist daher von großem Interesse. Die Bildung von Kohlenstoffpartikeln bei Verbrennung oder Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen erfolgt in Gegenwart von Wasserstoff. Reaktionen unter Beteiligung von Wasserstoff nehmen daher bei der modellhaften Beschreibung von Partikelbildung und -Wachstum eine wichtige Stellung ein. Trotz ihrer großen Bedeutung fehlen bislang quantitative Informationen über den Einfluss des Wasserstoffs auf die Teilchenbildung. Im vorliegenden Projekt soll der komplexe Einfluss von Wasserstoff bei der Kohlenstoffpartikelsynthese durch die Untersuchung der Kinetik der Partikelbildung bei systematischer Variation von C/H- Verhältnissen und Temperaturen in nichtoxidierender Umgebung bestimmt werden. Ebenfalls werden Partikelproben aus Vorläufern mit variierendem C/H-Verhältnis gewonnen. Die Untersuchungen erfolgen in einem großen Parameterbereich durch Stoßwellenpyrolyse (variable hohe Temperaturen), Blitzlichtphotolyse (Raumtemperatur), Plasma-induzierte Pyrolyse (hohe Temperaturen, kontinuierliche Bildung von spezifischen Materialien) und Flammenpyrolyse (Flammentemperatur) statt. Kinetische Daten werden anhand von zeitabhängigen Messungen von Partikeldurchmesser, Anzahldichte, Volumenbruch und Gasphasentemperatur durch optische Messmethoden (UV-, VIS- und IR-Extinktions- bzw. Emissionsmessungen in Kombination mit Streulicht und zeitaufgelösten TiRe-LIl) ermittelt. Zudem wird die chemische Zusammensetzung der Gasphase als auch der Partikelproben analysiert. Die experimentellen Daten werden im Zusammenspiel mit der Simulation auf Basis detaillierter chemischer Modelle eingesetzt um ein umfassendes Bild der Rolle von Wasserstoff in der Bildung von Kohlenstoffpartikeln zu erzielen.