Kationenaustausch an einzelnen Nanodrähten

• Antragsteller: Professor Dr. Alf Mews, seit 5/2017
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 325949791

Kationenaustauschreaktionen laufen in makroskopischen Festköpern meistens nur sehr langsam ab und sind daher als Syntheseverfahren oft ungeeignet. Nanostrukturen hingegen weisen ein sehr großes Oberfläche-zu-Volumen Verhältnis auf, wodurch Kationenaustauschreaktionen in Nanostrukturen um Größenordnungen schneller ablaufen können als in den entsprechenden Bulk-Materialien. Kationenaustauschreaktionen sind daher in den letzten Jahren zu einem sehr populären und probaten Mittel geworden, um die Materialzusammensetzung von Nanostrukturen zu modifizieren. Allerdings ist über die Kinetik von Kationenaustauschreaktionen an einzelnen Nanostrukturen bislang relativ wenig bekannt. In makroskopischen Festkörpern und in Ensembles von Nanoteilchen scheinen Kationenaustauschreaktionen in der Regel kontinuierlich abzulaufen. Allerdings mittelt man bei diesen Beobachtungen auch über eine Vielzahl von mikroskopischen Domänen, Defekten und Kristallfacetten. Der Reaktionsverlauf könnte daher bezogen auf die einzelne Nanostruktur deutlich anders sein.Ziel des Projektes ist es den Verlauf von Kationenaustauschreaktionen an einzelnen Nanodrähten durch optische und elektronische Messungen in situ zu kontrollieren und zu analysieren. Hierbei sollen als Modellsysteme die bereits bekannten Reaktionen von CdSe zu Ag2Se und von CdS zu Ag2S im Vordergrund stehen. Neben der in unserer Gruppe bereits etablierten Synthese und Kontaktierung einzelner Nanodrähte, werden wir vor allem unsere Methode für in situ Leitfähigkeitsmessungen an Nanodraht-Ensembles weiterentwickeln und auf optische Messmethoden ausweiten.Insbesondere werden wir folgenden Fragen nachgehen: a) Wie ändern sich die elektrische Leitfähigkeit, die Fluoreszenz und die optische Absorption einzelner Nanodrähte während des Kationenaustauschs, welche Rückschlüsse können auf die Reaktionskinetik gezogen werden? b) Wie genau können die elektronischen und optischen Eigenschaften einzelner Nanodrähte durch Kationenaustausch eingestellt werden? c) Wie homogen ist der Kationenaustausch von CdSe zu Ag2Se in einzelnen Nanodrähten? d) Zeigt sich das Auftreten von Streifenphasen bei der Umwandlung von CdS zu Ag2S-Nanodrähten auch in der elektrischen Leitfähigkeit? Neben der materialwissenschaftlichen Grundlagenforschung ist dieses Wissen auch für potentielle Anwendungen in den Bereichen Halbleiterdotierung, Batterieelektroden, und für chemische Sensoren von Interesse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. August Dorn