Quantitative Analyse von Nanopartikelwechselwirkungen und deren Verteilungen

• Antragsteller: Professor Dr. Helmut Cölfen (†)
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Analytische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468304778

Nanopartikel Wechselwirkungen sind essentiell für das Verständnis aller kolloidalen Systeme. Bis jetzt gibt es aber nur wenige Methoden zu deren Bestimmung, wie isothermale Titrationskalorimetrie, welche Mittelwerte liefern. Nanopartikel sind aber typischerweise nicht monodispers und zeigen eine Verteilung der Eigenschaften. Dieses Projekt adressiert dieses fundamentale noch ungelöste Problem und entwickelt eine neue Methodik zur Bestimmung der größen- und gestaltsabhängigen Verteilung der Dissoziationskonstanten, Stöchiometrie und Kooperativität von aggregierenden Nanopartikeln über kombinierte Sedimentations- (s) und Diffusionskonstanten (D) Verteilungen aus analytischer Ultrazentrifugation. Diese Verteilungen werden als Konturlinienkarten erhalten und es kann für verschiedene Nanopartikelkonzentrationen ein Satz von Bindungsisothermen bestimmt werden. Anfitten an ein geeignetes Bindungsmodell ergibt die Dissoziationskonstante, Stöchiometrie und Kooperativität für jede Isotherme was in einer Verteilung dieser Konstanten in Abhängigkeit von s und D resultiert. Aus den s- und D-Verteilungen können auch die Größen-, Gestalts- und Partikeldichteverteilungen erhalten und mit der Verteilung der Wechselwirkungskonstanten korreliert werden. Diese Methodik wird zunächst für monodisperse sphärische Partikel etabliert. Später werden Verteilungen der Wechselwirkungskonstanten für polydisperse sphärische Nanopartikel und danach auch anisotrope Nanopartikel wie Nanostäbchen bestimmt. Für anisotrope Nanopartikel werden kristallflächenabhängige Wechselwirkungen für verschiedene Konzentrationsregime charakterisiert. Abschließend werden aggregierende Nanopartikel mit unterschiedlicher Gestalt und Material untersucht um den Einfluss der Gestalt versus Material auf die Nanopartikel Wechselwirkungen offenzulegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen