Maßgeschneiderte Mehrkomponentennanokristalle mit Plasmon-Exziton-Wechselwirkungen für Fluoreszenzverstärkung und Sensorik

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Dirk Dorfs
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 226604426

Das Projekt zielt auf die Entwicklung neuer Synthesestrategien für anorganische Nanokristalle mit maßgeschneiderten Größen, Formen und komplexen Zusammensetzungen mit einem Schwerpunkt auf Systemen, die Plasmon-Exziton-Wechselwirkungen wie z. B. Fluoreszenzverstärkung aufweisen. Die Kombination der Techniken „keimvermitteltes Wachstum“, „Kationenaustauschreaktionen“ und „Gussformmethoden“ wird bis dato nicht zugängliche nanokristalline Materialien liefern. Kationenaustauschreaktionen ermöglichen, Nanokristalle komplexer Formen auf einfachem Weg in ein anderes Material umzuwandeln, ohne dabei ihre Form zu verändern. Mittels Gussformmethoden, welche z. B. von einem Metall starten, auf das ein Oxid oder Halbleiter aufgewachsen wird und bei denen in einem zweiten Schritt das Metall selektiv aufgelöst wird, können weitere unkonventionelle Formen wie z. B. hohle oder konkave Nanokristalle synthetisiert werden. Weiterhin werden plasmonische Metallkompartemente selektiv auf diese Nanokristalle aufgewachsen. Wenn die zugrunde liegenden Synthesetechniken ausreichend entwickelt sind, werden maßgeschneiderte anorganische Mehrkomponentennanokristalle mit einem Schwerpunkt auf Systemen mit einstellbarer Plasmon-Exziton-Wechselwirkung hergestellt. Zusätzlich zu dem hierdurch möglichen fundamentalen Erkenntnisgewinn über Plasmon-Exziton-Wechselwirkungen in Nanokristallen werden diese Systeme so entworfen werden, dass sie plasmoneninduzierte starke Fluoreszenzverstärkungseffekte aufweisen. Das Projekt wird auch Fluoreszenzverstärkung im nahinfraroten Spektralbereich abdecken, was weitere potentielle Anwendungen erschließt. Der Erkenntnisgewinn sollte z. B. in Solarzellen der nächsten Generation, LEDs und biomedizinischen Bildgebungsverfahren anwendbar sein. Weiterhin sollen Nanokristalle mit konkaven Kompartementen (hergestellt mittels der oben erwähnten „Gussform“-Technik) zur größenselektiven Erkennung anderer Nanopartikel eingesetzt werden. Dabei sollen „Schlüssel-Schloss“-Erkennungsmechanismen ausgenutzt werden, welche zu Plasmon-Exziton-Wechselwirkungen und somit zu Fluoreszenzverstärkungseffekten führen. Diese fortgeschrittenen Systeme werden erstmalig in der Lage sein, in Lösung andere Nanopartikel größen-, form- und materialselektiv zu detektieren, was für zahlreiche kolloidale nanotechnologische Anwendungen von Interesse sein wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Fluoreszenzspektrometer mit Lebensdauermessung
• Gerätegruppe: 1850 Spektralfluorometer, Lumineszenz-Spektrometer (außer Filterfluorometer