Methodenentwicklung für die Synthese von kolloidalen multimetallischen Nanokristallen

• Antragsteller: Dr. 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

Kolloidale Metallnanokristalle (NCs) sind einzigartige Materialien mit attraktiven physikalisch-chemischen Eigenschaften, die im Mittelpunkt intensiver Forschung zur Entwicklung neuer und grüner Technologien mit Auswirkungen auf die Gewinnung von Solarenergie, Elektrokatalyse oder Biomedizin stehen. Nichtsdestotrotz wirft die praktische Umsetzung von metallischen NCs immer noch erhebliche Probleme auf, die z.B. mit den hohen Kosten für Edelmetalle oder der chemischen Stabilität von Metallen wie Co, Ni oder Fe zusammenhängen. Es wurden beträchtliche Anstrengungen unternommen, um solche Nachteile anzugehen, wobei die Synthese multimetallischer NCs (MM NC) eine der vielversprechendsten Strategien darstellt. Diese Tatsache lässt sich durch die erhöhte chemische Stabilität und die verbesserten elektrischen, optischen, magnetischen und katalytischen Eigenschaften (bei gleichzeitiger Verringerung der Edelmetallbelastung) von MM-NCs erklären.Unter den verfügbaren Herstellungswegen für MM-NCs bieten kolloidchemische Methoden eine beispiellose Kontrolle über die Größe und Form von MM-NCs auf der Basis von Bimetallen und Edelmetallen. Leider bleibt die Synthese von nicht-edlen MM-NCs durch kolloidale Methoden wegen der großen Unterschiede im Redoxpotential zwischen verschiedenen Metallen, die oft ihre Ko-Kristallisation beeinträchtigen, eine Herausforderung. Tatsächlich werden MM-NCs, die mehrere verschiedene Edel- und Nichtedelmetalle enthalten, gewöhnlich durch Hochtemperatur-basierte Methoden synthetisiert. Nichtsdestotrotz haben diese Ansätze typischerweise eine geringe Kontrolle über die Größendispersität der NCs, da sie stark von der Verwendung von Trägern zur Vermeidung der NC-Koaleszenz abhängen.In diesem DFG-Antrag zielen wir auf die Entwicklung einer fortgeschrittenen Methode zur Synthese kolloidaler MM-NCs mit abstimmbarer Größe, Morphologie, Zusammensetzung und Metallatom-Mischung ab. Die Grundlage der vorgeschlagenen Strategie beruht auf der Kombination der Fähigkeit kolloidaler Methoden, NCs mit geringer Dispersität zu erzeugen, mit der von Hochtemperaturansätzen zur Herstellung von MM-NCs. Dabei wurzelt der angestrebte Ansatz in der Vielzahl der kolloidchemischen Methoden, die in den letzten zwei Jahrzehnten für die Synthese hochwertiger Metall-NCs mit unterschiedlichen Dimensionen und Morphologien entwickelt wurden. In ähnlicher Weise werden wir die verfügbaren Techniken für die Darstellung kolloidaler NCs zu MM-Suprapartikeln (d.h. Partikel, die aus kleineren Partikeln bestehen) nutzen, die als Plattform für die Bildung der angestrebten MM-NCs dienen werden. Ultrakurz gepulste Laser werden dann für die Bildung von MM-NCs durch einen laserinduzierten Schmelzprozess der zusammengesetzten Suprapartikel verwendet. Die vorgeschlagene Strategie sollte schließlich den Zugang zur Synthese einer Vielzahl von kolloidalen MM-NCs mit unterschiedlichen Maße, Zusammensetzungen und Metallatom-Mischmustern ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien, Spanien
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Sara Bals; Dr. Pablo Llombart; Dr. Ovidio Peña-Rodríguez; Dr. Antonio Rivera