Herstellung und Charakterisierung von Atomaren Metallen in Polyanilin

• Antragsteller: Dr. Sebastian Gutsch
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406029544

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Diese Arbeit untersucht das Wachstum und die Eigenschaften von atomarem Gold in Polyanilin (PANI). Dabei wurden Tetrachloroaurat-Anionen bei konstantem elektrochemischem Potential an die protonierten Iminstellen von PANI gebunden und anschließend mittels zyklischer Voltammetrie in einer Durchflusszelle reduziert, um einen PANI/Gold-Komposit zu synthetisieren. Im Gegensatz zu früheren Studien über die Abscheidung von Goldclustern mit atomarer Präzision, zeigt diese Arbeit, dass die Reduktion zur Keimbildung und zum Wachstum von Gold-Nanopartikeln führt. Mit Hilfe von SEM und TEM wurde eine umfassende Analyse der Größenverteilung der Goldnanopartikel im PANI/Gold-Komposit durchgeführt. Die Ergebnisse der Rutherford- Rückstreuungsspektroskopie zeigen, dass die Tetrachloroaurat-Anionen während des Expositionsschritts homogen im PANI dispergiert sind. Der anschließende Reduktionsschritt verursachte jedoch eine Aggregation und Oberflächenentmischung der Goldatome. Die Verteilung der Goldnanopartikel wurde nach mehreren Wachstumszyklen durch das Wachstum der zuvor gebildeten Nanopartikel und die Bildung neuer Nanopartikel polydispers. Weitere Untersuchungen mit Hilfe der Transmissionselektronenmikroskopie und der elementaren Verteilung mit Hilfe von EDS zeigten die Existenz winziger Goldchlorid-Cluster nach Entfernen des angelegten Haltepotenzial ohne CV-Reduktion. Darüber hinaus wurde mit Hilfe der Röntgenphotoelektronenspektroskopie und der Röntgenabsorptionsspektroskopie bestätigt, dass diese Goldchlorid-Cluster nicht stabil sind und eine schrittweise partielle Reduktion von Au(III) zu intermediärem Au(I) und schließlich zu Au(0) durchlaufen. Abschließend wurde eine Untersuchung des elektrochemischen Oxidationsverhaltens von PANI/Gold-Kompositen in alkalischen Medien durchgeführt. Im Gegensatz zum inaktiven Kohlenstoffsubstrat war das Vorhandensein von Platin entscheidend für das Vorhandensein des Elektrooxidationsprozesses. Es wurde ein Oszillationsmuster in der Spitzenstromdichte festgestellt, das durch komplexe Interaktionen von Platinsubstrat, dem abgeschiedenen PA- NI und den integrierten Au-Nanopartikeln erklärbar ist.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Two-Step Electrochemical Au Nanoparticle Formation in Polyaniline. Nanomaterials, 13(14), 2089.
  Zhao, Bin; Becker, Hans-Werner & Gutsch, Sebastian