Kapitel 2 Carbon Black - bei DuEPublico - an der Universität ...

Diskussion 129
(Tabelle 5.2-1, Abbildung 6.6-1). Die kleine Partikelgröße von 18 nm und die geringen
Stampfdichte von nur 120 g/dm 3 deuten auf eine großporige und besonders inhomogene
Aggregatstruktur mit einer breiten Porengrößenverteilung hin. Der verlangsamte Xenon-
Austausch zwischen den intraporösen Bereichen führt hier zu der inhomogenen
Verbreiterung.
Auch die Halbwertsbreiten der 129 Xe-NMR-Signale von Vulcan PF und Vulcan P zeigen
unter isobaren Bedingungen ebenfalls deutliche Unterschiede, die bei gleicher
Austauschrate auf verschiedene Porengrößenverteilungen zurückzuführen sind. Bei
Vulcan PF (VPF) verursachen die größeren Interaggregatporen eine breitere
Porengrößenverteilung, die unter isobaren Bedingungen zu einer um mehr als 150 Hz
höheren Halbwertsbreite führen (VPF: 584 Hz, 9,1 bar; VP: 439 Hz, 9,6 bar).
Zusätzliche Linienverbreiterungen können durch unterschiedliche Belegungsgrade der
Poren auftreten, wenn diese eine stark heterogene Verteilung der Adsorptionsplätze
aufweisen. [91] Die lokalen Dichteunterschiede führen dabei zu einer heterogenen
Verteilung der chemischen Verschiebung und somit zu größeren Halbwertsbreiten. Bei
dem hier betrachteten System ist aber diese Art der Verbreiterung zu vernachlässigen, da
die offene Porosität und die hohe kinetische Energie der Gasteilchen zu einem schnellen
Austausch, und somit zu einer homogenen Xenondichteverteilung führen. Hingegen kann
die Co-Adsorption eines Heteroadsorbats, wie z. B. Wasser oder Benzol,
Adsorptionsplätze belegen und Porenräume verkleinert und so zu einer zusätzlichen
Porengrößenverteilung beitragen. [119,122,123] Die Carbon Black Proben in dieser Arbeit
wurden unter Hochvakuum bis zur Gewichtskonstanz getrocknet, so dass
Heteroadsorbate nur noch in chemisorbierter Form an den Porenoberflächen auftreten
und zusätzliche Porengrößenverteilungen daher ausgeschlossenen werden können.
6.6.2 Relaxationseffekte durch dipolare und skalare Kopplungen
In der reinen Gasphase kann eine Relaxation der Xenonatome nur während der Kollision
untereinander über dipolare und skalare Kopplungen erfolgen (vgl. Kapitel 4.1.2). Infolge
dessen werden lange transversale Relaxationszeiten und kleine Linienbreiten (30 –
35 Hz) der 129 Xe-NMR-Signale gefunden. Im heterogenen System Xenon - Carbon Black
unterliegen die Xenonatome zusätzlichen Kopplungen mit den Atomkernen und Radikalen
der Primärpartikeloberfläche, die zu kurzen transversalen Relaxationszeiten T2 von 1–
20 ms und somit größeren Linienbreiten von über 100 Hz führen.