Kohlenstoff-Nanopartikel (C-Dots): Polyol-Synthese, Fluoreszenz, Eigenschafts-Screening

• Antragsteller: Professor Dr. Claus Feldmann
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 281704971

Kohlenstoff-Nanopartikel (engl.: Carbon-Dots oder C-Dots) stellen neben Fullerenen, Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) und Graphen eine weitere Substanzform des Kohlenstoffs dar und haben in den letzten 2-3 Jahren aufgrund ihrer intensiven Fluoreszenz erhebliches Interesse gefunden. Synthetisiert werden C-dots aktuell im Wesentlichen durch Hochtemperaturbehandlung klassischer Kohlenstoffquellen (z.B. Graphit, Kohle, Ruß) oder durch Zersetzung organischer Kohlenstoffspezies (z.B. Zucker, Blätter, Eier). Grundlegende Aspekte der Synthese und Eigenschaften von C-Dots sind aber bislang unverstanden.Dieses Vorhaben zielt auf die kontrollierte Polyol-Synthese von C-Dots mit einstellbarer Partikelgröße und Dotierung. Lewis-azide Metallsalze unterstützen Keimbildung und Keimwachstum im Hinblick auf eine reproduzierbare Verfügbarkeit von C-Dots. Die Korrelation von Partikelgröße, Kristallinität, Oberflächenpassivierung und chemischer Zusammensetzung soll zu einem grundlegenden Verständnis der Substanzeigenschaften führen. Insbesondere die Fluoreszenz Seltenerdmetall-modifizierter (z.B. Tb3+, Eu3+, Yb3+) C-Dots ist aufgrund der effizienten Linienemission nach Anregung der C-Dots von größtem Interesse, wobei Energietransfermechanismen und Fluoreszenzstabilität in Gegenwart von Wasser unverstanden und nicht gelöst sind. Basierend auf einer kontrollierten Flüssigphasensynthese von C-Dots soll schließlich ein Screening der Materialeigenschaften erfolgen (z.B. Fluoreszenz in Polymerdünnschichten und Zellen, C-Dot-Dünnschichten als transparente Leiter, Gassorption/Gastrennung mit C-Dots, (Photo)Katalytische Eigenschaften, Phasenumwandlung zu Nanodiamanten).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen