Einzelnanopartikelcharakterisierung in der Gasphase

• Antragsteller: Professor Dr. Knut R. Asmis
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461913655

Nanopartikelproben zeichnen sich sowohl durch physikalische als auch chemische Heterogenität aus. Dies führt zu verminderten Leistungsparametern in technologischen Anwendungen. Leistungsoptimierung erfordert ein Verständnis der intrinsischen Eigenschaften einzelner Nanopartikel auf molekularer Ebene und ihres Beitrags zu den Eigenschaften des Ensembles. Nahezu alle heutigen Einzel-Nanopartikel-Methoden beruhen jedoch auf der Charakterisierung deponierter NPs, deren Eigenschaften gestört werden durch Wechselwirkung mit dem Trägermaterial oder benachbarten Teilchen. Die völlig störungsfreie Untersuchung inhärenter Eigenschaften erfordert die Isolierung der Nanopartikel in der Gasphase. Hier schlage ich vor, wegweisende, ultrasensitive massenspektrometrische und laserspektroskopische Werkzeuge zu entwickeln, um einzelne, in der Gasphase isolierte Nanopartikel zu untersuchen. Geladene Metall-, Halbleiter- und Isolator-Nanopartikel im Größenbereich von 5 bis 100 nm werden in einer mit Puffergas gefüllten, temperaturgesteuerten (10-300 K), für spektroskopische Zwecke optimierten, kryogenen Quadrupol-Ionenfalle gefangen. Die absolute Masse und absolute Ladung eines einzelnen, gefangenen Nanopartikels wird zerstörungsfrei und quasi-kontinuierlich mit optischen Mitteln bestimmt. Temperaturprogrammierte Desorptionsmassenspektrometrie, UV/Vis-Wirkungsspektroskopie und dispersive Fluoreszenzspektroskopie werden zur genauen Bestimmung der Temperatur und Charakterisierung der optischen Eigenschaften einzelner Halbleiter-Nanokristalle, zur Untersuchung plasmonischer Anregungen in nackten und beschichteten Metall-Nanopartikeln und zur Verfolgung der zeitlichen Entwicklung von Energieumwandlungsprozessen in fluoreszierenden Nanodiamanten eingesetzt. Das übergeordnete Ziel ist die Etablierung eines neuartigen Werkzeugsatzes zur Charakterisierung einzelner Nanopartikel, mit dem Nanopartikelheterogenität charakterisiert werden kann, um so die Leistungsparameter von Nanopartikelanwendungen über alle Disziplinen zu verbessern, also z.B. die Empfindlichkeit von Nanosensoren, die Selektivität von Nanokatalysatoren oder die Effizienz von Wirkstoffnanoträgern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: UV/Vis Laser
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser