Felix, Eva-Maria (2016)
Grüne Stromlose Synthese von Gold, Palladium und Platin Nanostrukturen.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

In der modernen Materialwissenschaft gewinnt der Bereich der Nanotechnologie immer mehr an Bedeutung, wobei das Hauptaugenmerk auf den Anwendungsbereichen der Elektronik, Katalyse, Energiegewinnung und Sensorik liegt. Die traditionelle und etablierte Synthesemethode der stromlosen Metallabscheidung bietet die Möglichkeit Metall Nanoröhren herzustellen. Die Verwendung von Polymer Folien als Template ermöglicht die Variation des Porendurchmessers und der Länge der Nanoröhren. Die Bestrahlung der Polymertemplate mit schweren Ionen erzeugt Schadenszonen im Polymer. Die Schadenzonen können über einen Ätzprozess zu Poren ausgeweitet werden. Mit Hilfe der Syntheseschritte der Sensibilisierung- und Aktivierung werden Silber Keime auf die Oberfläche des Polymers aufgebracht, die für eine Metallabscheidung innerhalb der Poren nötig sind. In den traditionellen Synthesen der Nanoröhren werden häufig gefährliche und giftige Chemikalien (Cyanide, Hydrazin oder Natriumborhydrid) eingesetzt. Die Sensibilisierung und Aktivierung beruht ebenfalls auf ätzenden und umweltschädlichen Chemikalien. An diesem Punkt knüpft die Aufgabenstellung dieser Arbeit an. In den letzten 20 Jahren wurde die chemische Gemeinschaft dazu aufgerufen neue Synthesewege für Chemikalien zu entwickeln, die weniger schädlich für den Menschen und dessen Umwelt sind. Diese Konstruktionsphilisophie ist bekannt unter dem Begriff Grüne Chemie und im Vordergrund steht das Designen von chemischen Prozessen. Das Konzept beinhaltet ebenfalls Hilfsmittel, wie die Chemie in einem umweltfreundlichen Sinne gestaltet werden kann. Die 12 Prinzipien der Grünen Chemie sind Richtlinien für Chemiker damit das Ziel der Umweltfreundlichkeit erreicht werden kann. Der erste Teil dieser Arbeit kombiniert die Nanotechnologie mit der Grünen Chemie. Basierend auf den 12 Prinzipien der Grünen Chemie wird die traditionelle Methode modifiziert und die giftigen Chemikalien gegen ungiftige ersetzt. Drei weitere Prinzipien werden ebenfalls umgesetzt: Abfallverminderung, Atom Ökonomie und Energieeffizienz. Mit Hilfe dieser umweltfreundlichen Abscheidungslösungen werden Gold, Palladium und Platin Nanoröhren hergestellt. Die synthetisierten Strukturen von Gold und Palladium Nanoröhren zeigen vielversprechende Eigenschaften als weiterentwickelte Katalysatoren. Deren katalytische Eigenschaften werden in der Modellreaktion der Reduktion von 4- Nitrophenol zu 4-Aminophenol mithilfe von Natriumborhydrid getestet. Die Gold Nanoröhren können ebenfalls als Elektrokatalysator eingesetzt werden. Ihre exzellenten Eigenschaften werden in der elektrochemischen Detektion von Wasserstoffperoxid deutlich. Die Palladium und Platin Nanoröhren werden in einem Methanol und Ethanol Prozess getestet. Der zweite Teil dieser Arbeit beschreibt die Verwendung der hergestellten als Glucose Sensoren. Der letzte Teil befasst sich mit Biotemplaten. Nachdem die Synthesen optimiert wurden, wird eine Alternative zur Polycarbonat Folie gesucht. Neben Baumwollfasern und Blättern ist es möglich das Biopolymer Polylactide mit einem Metallfilm zu beschichten. Die Polylactid Folie wurde auf ihre Beständigkeit in unterschiedlichen Lösungsmitteln getestet. Desweiteren konnte die Polylactid Folien in Rossendorf mit schweren Ionen bestrahlt werden, sodass erste Experimente zum Ätzverhalten in verschiedenen Lösungsmitteln durchgeführt wurden. Hierbei wurde versucht bei geringen Temperaturen und Konzentrationen der Ätzlösungen zu arbeiten um die grünen Prinzipien auch hier umzusetzen.

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