Layered α-TiCl3: Microsheets on YSZ Substrates for Ethylene Polymerization with Enhanced Activity

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Martin Grönke - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg (Autor:in)
  • Ubed S.F. Arrozi - , Professur für Anorganische Chemie (I) (AC1) (Autor:in)
  • Nadine Bronkalla - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden, Technische Universität Dresden (Autor:in)
  • Peer Schmidt - , Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg (Autor:in)
  • Martin Valldor - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Steffen Oswald - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Thomas G. Woodcock - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Victoria Eckert - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Qi Hao - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Laura Plüschke - , Fakultät Chemie u. Lebensmittelchemie, Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden (Autor:in)
  • Albena Lederer - , Technische Universität Dresden, Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden (Autor:in)
  • Kornelius Nielsch - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Bernd Büchner - , Professur für Experimentelle Festkörperphysik (gB/IFW), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)
  • Stefan Kaskel - , Professur für Anorganische Chemie (I) (AC1) (Autor:in)
  • Silke Hampel - , Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (Autor:in)

Abstract

The transition metal halide α-titanium(III) chloride (α-TiCl3) is a layered two-dimensional compound and a well-established Ziegler-Natta catalyst for the polymerization of ethylene. A new synthesis technique is used to obtain thin sheets of α-TiCl3 that show exceptional physical properties in contrast to their bulk counterparts, due to an enlarged surface-to-volume ratio. Chemical vapor transport (CVT) of α-titanium(III) chloride directly on substrates results in microsheets that exhibit an improved catalytic effect. For rational planning of synthesis conditions, thermodynamic simulations of occurring gas-phase equilibria were performed. Based on these calculation results, crystal growth was achieved by adding GaCl3 via pure short term CVT in a temperature gradient of 700-600 K on yttrium-stabilized zirconia (YSZ) substrates. Phase pure, as-grown, single crystal sheets with high crystallinity and a thickness of around 4 μm were obtained. These thin sheets of α-TiCl3 on YSZ substrates were implemented as catalysts for the ethylene polymerization reaction. A significant improvement of catalytic activity of 16% was achieved, probably due to an increased surface-to-volume ratio. As a highlight, the as-grown microsheets were exfoliated subsequently to a thickness lower than 200 nm and an even higher catalytic activity of up to 24% was confirmed experimentally due to delamination effects. This is the first time that an improved catalytic effect of α-TiCl3 is observed as a result of downscaling from bulk to microsheets by CVT.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)5305-5313
Seitenumfang9
FachzeitschriftChemistry of materials
Jahrgang31
Ausgabenummer14
PublikationsstatusVeröffentlicht - 23 Juli 2019
Peer-Review-StatusJa