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Offene Stelle: Bachelorarbeit
Plasma-getriebene katalytische Oxidation von n-Butan: über MnO₂-, CaO- und Verbundkatalysatoren in Mikroarray-Reaktoren
Die Kombination aus dielektrischer Barrierenentladung (DBD) und Katalysatoren bietet einen vielversprechenden Weg für die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere für die Oxidation von n-Butan. Plasma erzeugt hochreaktive Spezies, wie Radikale und Ionen, die Reaktionswege aktivieren können, die unter konventionellen katalytischen Bedingungen nicht verfügbar sind. Um diese Systeme zu optimieren, ist es wichtig zu verstehen, wie Plasma die Katalysatoroberflächen verändert und wie Katalysatoren die Plasmareaktivität beeinflussen. MnO₂, das für seine Redoxeigenschaften bekannt ist, und CaO, das für seine Basizität geschätzt wird, bieten eine ideale Plattform für die Erforschung dieser synergistischen Effekte.
Dieses Projekt konzentriert sich auf die plasmagestützte Oxidation von n-Butan über Katalysatoren unter Verwendung eines Mikroarray-DBD-Reaktors. Die Reaktionsprodukte werden mit Hilfe der FTIR-Spektroskopie detailliert analysiert, um die Umsatzraten und Produktverteilungen zu bestimmen. Dieser Ansatz ermöglicht eine detaillierte Untersuchung der Plasma-Katalysator-Synergie und ihrer Auswirkungen auf die n-Butan-Oxidation. Durch Variation der Plasmaparameter und der Katalysatorzusammensetzung soll die Studie aufdecken, wie das Plasma das katalytische Verhalten verändert und wie die Katalysatoren ihrerseits die Plasmachemie beeinflussen. Darüber hinaus werden im Rahmen der Studie auch die Spannung, der Strom und die Ladung während der Entladung gemessen, um die Plasmaparameter quantitativ zu charakterisieren.
MnO₂ fungiert bei der Reaktion als Oxidations-Reduktions-Katalysator, der die C-H-Bindungsspaltung von n-Butan durch die Bereitstellung aktiver Sauerstoffspezies (z. B. Oberflächensauerstoff oder Sauerstoffleerstellen) fördern und dadurch die Reaktionsaktivität erhöhen kann. CaO mit seiner starken Alkalität kann Kohlenwasserstoffmoleküle wirksam adsorbieren und aktivieren, die Energiebarrieren der Reaktion verringern und die Produktverteilung weiter optimieren. Die elektrischen Parameter können die Intensität und die Eigenschaften der Plasmaentladung direkt widerspiegeln und stehen in engem Zusammenhang mit den vom Plasma erzeugten aktiven Spezies. Mit Hilfe der FTIR-Spektroskopie lassen sich die Reaktionsprodukte in der Gasphase quantitativ nachweisen und die synergistische Wirkung von Plasmakatalysatoren und ihr Einfluss auf den Reaktionsweg der n-Butan-Oxidation eingehend untersuchen.
Kontakt:
Yue Cheng (NB 5/172),
Judith Golda (NB 5/127),
Voraussetzungen:
Vorkenntnisse in Plasmaphysik sind wünschenswert, aber nicht erforderlich
Zeitraum: Nach Vereinbarung
Laborbesichtigung: NB 5/172
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Offene Stelle: Bachelorarbeit
Bestimmung der Konversion von CO₂ in einem Mikroplasma-Array mithilfe von Emissionsspektroskopie
Das Mikroplasma-Array basiert auf einer dielektrisch behinderten Entladung (DBD) und soll zur Umwandlung umweltschädlicher Gase, wie flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) oder CO₂, eingesetzt werden. Ziel ist es, die Stoffumwandlung möglichst energieeffizient zu gestalten, indem künftig Katalysatoren in die Entladung integriert werden.
Für eine erfolgreiche Integration ist jedoch eine genaue Kenntnis der umgesetzten Dichten essenziell. Besonders die Umwandlung von CO₂ zu CO und O spielt dabei eine zentrale Rolle, da sie die Grundlage zur Quantifizierung der umgesetzten Mengen bildet. Die Messung dieser Dichten ist jedoch oft eine Herausforderung. Methoden wie TALIF (Lasermethode) oder FTIR-Spektroskopie (IR-Absorptionsspektroskopie) sind zwar möglich, lassen sich aber nur bedingt im Plasmabetrieb anwenden.
Eine vielversprechende Alternative zur Messung der CO- und O-Dichten in der Entladung ist der Einsatz der Aktinometrie. Diese spektroskopische Methode ermöglicht es, die Emission des Plasmas direkt zu analysieren, indem die Emissionen der interessierenden Spezies sowie eines Aktinometergases mit bekannter Dichte beobachtet werden. Während die Messung des Emissionsspektrums relativ einfach durchzuführen ist, stellen die Auswertung und die Bestimmung der Dichten eine weitaus größere Herausforderung dar, da u.a. genauere Kenntnisse über die Elektronenenergieverteilungsfunktion (EEDF) notwendig sind.
Das Projekt ist Teil des Projektbereichs A6 im SFB 1316, der sich mit der Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen DBDs und Katalysatoren befasst.
Ansprechpartner:
Henrik van Impel (NB 5/171),
Judith Golda (NB 5/127),
Voraussetzungen:
Vorkenntnisse in Plasmaphysik sind erwünscht, aber nicht erforderlich
Zeitraum: nach Absprache
Laborbesichtigung: NB 5/173
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Offene Stelle: Bachelorarbeit
Charakterisierung der Wasserstoffperoxid Produktion eines mit ns Pulsen betriebenen Atmosphärendruckplasmajet
Der Transport von reaktiven Spezies von einem Atmosphärendruckplasmajet (APPJ) in Flüssigkeiten bietet diverse Anwendungsmöglichkeiten wie beispielsweise die Plasma-unterstütze Biokatalyse. In früheren Arbeiten konnte dort ein effektiver Einsatz eines in Edelgasen und mittels RF-Anregung betriebenen APPJs nachgewiesen werden.
Der Einsatz von Edelgasen ist für großskalierte Anwendungsbereich jedoch nicht ökonomisch oder nachhaltig, sodass alternative Betriebsgase wie beispielsweise Stickstoff oder Luft attraktiv sind. Der verwendet Capillary Plasma Jet kann neben RF-Anregung auch mit höheren Spannungspulsen im ns Bereich betrieben werden, sodass ein Betrieb in Stickstoff oder Luft möglich ist.
In dieser Bachelorarbeit soll die Wasserstoffperoxid Produktion, welches die benötig Spezies in der Biokatalyse ist, des mit ns Pulsen betrieben Capillay Plasma Jet untersucht werden. Dies wird zunächst in Helium durchgeführt, um einen direkten Vergleich zum RF-Betrieb gewährleisten zu können. Anschließend kann das Betriebsgas auf Stickstoff bzw. Luft gewechselt werden und die Wasserstoffperoxid Produktion in diesem Betrieb charakterisiert werden. Um die Untersuchungen auf die Biokatalyse anwenden zu können, wird die Wasserstoffperoxid Konzentration in plasma-behandelten Flüssigkeiten mittels Spektrophotometrie sowie UV Absorption gemessen.
Ansprechpartner:
Steffen Schüttler (NB 5/66),
Judith Golda (NB 5/127),
Voraussetzungen:
Vorkenntnisse in Plasmaphysik sind erwünscht, aber nicht erforderlich
Zeitraum: nach Absprache
Laborbesichtigung: NB 5/28
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Öffentlichkeitsarbeit
Türen auf mit der Maus
Am 3. Oktober lud die Fakultät Physik an der Ruhr-Universität Bochum Kinder zum Mausttag ein. Nach der Physikshow konnten die Kinder in zahlreichen Workshops experimentieren und die Welt der Physik erkunden. Im Plasma-Workshop lernten die Teilnehmer:innen Plasmen und ihre wichtigen Anwendungsfelder wie das Beschichten von Oberflächen kennen. Dazu konnten sie selbstständig Plasmen zünden, experimentieren und mit dem Sputter Coater Proben beschichten.
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Konferenz
Zwei PhD Studierende auf der Hakone Konferenz
Soad Mohsenimehr und Henrik van Impel (A6) stellten auf der 18. Hakone-Konferenz (1. bis 6. September 2024) ihre neuesten Forschungsergebnisse vor. Die Veranstaltung in Padua, Italien bot zahlreiche aufschlussreiche Vorträge, die sich mit Niedertemperaturplasmen bei Atmosphärendruck und ihren Anwendungen in plasmachemischen Prozessen befassten. Eines der Highlights der Konferenz war die aktive Beteiligung von Studierenden: 22 der 56 Vorträge wurden von Doktorand:innen gehalten, was ein sehr attraktives Umfeld für junge Forscher schuf. Insbesondere wurden dielektrische Barrierenentladungen im Hinblick auf ihre Effizienz beim Einsatz mit Katalysatoren und die grundlegende physikalische Dynamik der Entladungen diskutiert. Weitere Themen waren Plasmaanwendungen in der Landwirtschaft und Lebensmittelverarbeitung sowie die Wechselwirkung zwischen Plasma und Flüssigkeit. Neben den wissenschaftlichen Erkenntnissen bot die Konferenz eine hervorragende Plattform für Doktorand:innen, um sich mit internationalen Teilnehmenden aus 24 Ländern zu vernetzen und die Zusammenarbeit zwischen den Disziplinen zu fördern.
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Workshop
Japanisch-deutscher Workshop zur Anwendung von Niedertemperaturplasmen
Am 25. und 26. Juli fand ein Workshop mit Gästen aus japanischen Universitäten/Forschungseinrichtungen und Mitgliedern des Lehrstuhls für Experimentalphysik V statt. Initiiert von Prof. Aramaki von der Nihon Universität, brachte der Workshop Kollegen zusammen, die in den letzten 20 Jahren als Mitarbeiter am Institut EP V tätig waren. Sie alle forschen auf dem Gebiet der Niedertemperaturplasmen. Dies umfasst ein breites Spektrum von der Anwendung in der Landwirtschaft oder der Halbleiterherstellung bis hin zur Entwicklung neuer Diagnosemethoden wie der Wirbellaserspektroskopie. Mit diesen Themen ist eine ideale Überschneidung mit der Forschung des SFB gegeben, so dass der Workshop nicht nur aus einem Tag mit Vorträgen, sondern auch aus einem Tag mit Laborbesuchen bestand, die den Gästen einen Überblick über die aktuelle Plasmaforschung an der Ruhr-Universität Bochum verschaffte.
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Konferenz
Fünf Poster auf der ESCAMPIG
Die diesjährige Konferenz ESCAMPIG fand in Brno, Tschechien statt. Aus Bochum nahmen drei Mitglieder der Experimentalphysik II und ein Mitglied von AEPT teil, welche mit fünf Postern einen Beitrag zur Konferenz geleistet haben. Insgesamt gab es neben den interessanten Plenarvorträgen von bekannten Persönlichkeiten wie Peter Bruggeman (USA), Luís L. Alves (Portugal), Kinga Kutasi (Ungarn) und Holger Kersten (Deutschland), eine Vielfalt an ca 160 weiteren Postern über sowohl Modelling als auch Experimentelles. Neben dem fachlichen Austausch bot die Konferenz hervorragende Abendveranstaltungen, wie die Welcome Party mit Tanzkurs und tschechischen Spezialitäten oder das Conference Dinner mit Livemusik und gemütlicher Atmosphäre. Wir konnten auf der Konferenz viele interessante Gespräche führen und neue sowie alte Bekannte treffen, weshalb wir insgesamt mit sehr positiven Erfahrungen von der Konferenz gegangen sind.
