Methodenentwicklung für die Synthese von kolloidalen multimetallischen Nanokristallen

• Antragsteller: Guillermo González-Rubio, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460932591

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Hauptziel des Forschungsprojekts bestand darin, eine synthetische Route für die Herstellung kolloidaler multimetallischer Nanokristalle (MM NCs) mit unterschiedlichen Größen, Formen, Zusammensetzungen und Elementverteilungen zu entwickeln. Der geplante Weg beruhte insbesondere auf der Selbstorganisation von kolloidalen NCs zu MM-Suprapartikeln (SPs). In der frühen Phase der Projektentwicklung erwies sich jedoch die kontrollierte und reproduzierbare Zusammenfügung verschiedener Edelmetall-NCs als unerwartete und wichtige Herausforderung. Da für die Bildung von SPs in der Regel in unpolaren Lösungsmitteln dispergierte NCs erforderlich sind, ist es entscheidend, die Oberflächen der NCs mit einer dichten Schale aus hydrophoben Liganden zu bedecken. Leider beschränken die kommerziell erhältlichen Oberflächenliganden, die häufig zur Bildung von Einkomponenten-SPs verwendet werden, den Anwendungsbereich des Projekts auf Metall-NCs mit Abmessungen von typischerweise unter 10 nm. Die Forschungsanstrengungen konzentrierten sich dann auf die Entwicklung eines Syntheseweges, um Oberflächenmoleküle zu erhalten, die in der Lage sind, verschiedenen Metall-NCs in unpolaren Lösungsmitteln eine ausreichende kolloidale Stabilität zu verleihen und dadurch deren Zusammenbau zu dicht gepackten SPs (d. h. die Bildung von NC-Übergittern) zu erleichtern. Die synthetisierten polymeren Oberflächenliganden haben es uns ermöglicht, große Metall-NCs in unpolaren Lösungsmitteln wie Hexadecan zu stabilisieren oder binäre hoch geordnete SPs aus Metall-NCs mit Abmessungen über 50 nm zu bilden. Darüber hinaus wurden SPs mit geringer Dispersität durch die Implementierung eines mikrofluidischen Systems erhalten. Insgesamt stellen diese Ergebnisse grundlegende Erkenntnisse für den zukünftigen Erfolg der vorgeschlagenen MM NC-Synthesemethode dar. Aufgrund der kritischen Rolle von Oberflächenliganden in der kolloidalen NC-Technologie glauben wir, dass unsere Ergebnisse für ein breites Spektrum von Forschern auf dem Gebiet der kolloidalen Nanomaterialien von Interesse sein könnten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Engineering of plasmonic gold nanocrystals through pulsed laser irradiation. Applied Physics Letters, 121(20).
  González-Rubio, Guillermo & Albrecht, Wiebke
  
• Self-Assembly of Colloidal Nanocrystals into 3D Binary Mesocrystals. Accounts of Chemical Research, 55(12), 1599-1608.
  Ni, Bing; Gonzalez-Rubio, Guillermo & Cölfen, Helmut