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Synthese von Nanopartikeln

Halbleiternanopartikel

Die Synthese von Halbleiter-Nanopartikeln, sowohl in wässrigen Medien, als auch in hochsiedenden organischen Lösungsmitteln, kann grob in die Teilprozesse der Injektion, der Keimbildung, dem Wachstum und der Reifung unterteilt werden (Abb. 1).

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Abbildung 1

In wässrigen Medien unterscheidet man experimentell zwei Teilschritte. Im ersten Schritt erfolgt die Bildung der Monomerkomplexe durch die Injektion der Anionenspezies (Abb. 2A). Diese Komplexe bilden im zweiten Schritt durch Energiezufuhr die Kristallkeime, welche zu den Nanokristallen heranwachsen (Abb. 2B). Im Vergleich dazu ist in organischen Lösungsmitteln die Reaktionstemperatur relativ hoch, weshalb es während der Injektion zur Bildung von Monomeren kommt, deren Konzentration spontan ansteigt. Dies führt dazu, dass nach Erreichen einer Sättigungskonzentration die Keimbildung stattfindet.

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Abbildung 2

Das Wachstum der Keime bzw. Partikel, sowohl in wässrigen als auch in organischen Medien, erfolgt aufgrund des Vorhandenseins freier Monomer- bzw. Präkursoreinheiten. Erreicht die Konzentration dieser Ausgangsstoffe ein Minimum, und liegt eine gewisse Größenverteilung der Partikel vor, ist eine Reifung der Nanopartikel möglich.

Darunter versteht man im Allgemeinen das Wachstum der größeren Teilchen auf Kosten der Kleineren. Diese sogenannte Ostwald-Reifung basiert auf dem Gibbs-Thomson-Effekt, wonach kleinere Tröpfchen (hier Kristalle) einen größeren Dampfdruck besitzen und somit deren Zersetzung bevorzugt stattfindet.

(Dr. Christian Waurisch)
Ansprechpartner: Prof. Dr. Nikolai Gaponik

Edelmetallnanopartikel

Edelmetall-Nanopartikel besitzen sehr interessante optische und katalytische Eigenschaften, welche sie für den Einsatz in Sensorik und Katalyse prädestinieren. Für eine einfachere Handhabung werden Edelmetall-Nanopartikel zum Aufbau von Komposita-Materialien, Hydro- oder auch Aerogelen verwendet, wobei die spezifischen Eigenschaften der Nanopartikel erhalten bleiben.

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Abbildung 3

Die Synthese von Edelmetall-Nanopartikeln in wässrigen Medien erfolgt ähnlich dem Mechanismus der Herstellung von Halbleiter-Nanopartikeln (Abb. 1). Die Ionen einer Salzlösung des Edelmetalls werden bei Zugabe des Reduktionsmittels reduziert und es entstehen Keime. Anschließend erfolgen Wachstum und Ostwald-Reifung der Edelmetall-Nanopartikel. Die Synthese erfolgt durch Injektion der konzentrierten Lösung des einen in die verdünnte Lösung des anderen Reagenz (Abb 3).

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Abbildung 4

Größere Partikel können durch mehrere aufeinanderfolgende keimvermittelte Wachstumsschritte erhalten werden (Abb. 4). In eine wässrige Nanopartikel-Suspension werden dazu die entsprechende Metallsalzlösung und ein mildes Reduktionsmittel gegeben. Dabei erfolgt lediglich das Wachstum der Partikel durch Reduktion der Metallionen an der Oberfläche der Nanopartikel und anschließende Ostwald-Reifung. Durch mehrfache Wiederholung des keimvermittelten Wachstums können Edelmetallnanopartikel mit einem Durchmesser von mehreren hundert Nanometern hergestellt werden.

(Matthias Werheid)
Ansprechpartner: Prof. Dr. Nikolai Gaponik

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Letzte Änderung: 28.01.2015 (Maximilian Hartig) Impressum