TY  - THES
A1  - Bomm, Jana
T1  - Von Gold Plasmonen und Exzitonen : Synthese, Charakterisierung und Applikationen von Gold Nanopartikeln
T1  - Of gold plasmons and excitons : synthesis, characterization and applications of gold nanoparticles
N2  - In dieser Arbeit wurden sphärische Gold Nanopartikel (NP) mit einem Durchmesser größer ~ 2 nm, Gold Quantenpunkte (QDs) mit einem Durchmesser kleiner ~ 2 nm sowie Gold Nanostäbchen (NRs) unterschiedlicher Länge hergestellt und optisch charakterisiert. Zudem wurden zwei neue Synthesevarianten für die Herstellung thermosensitiver Gold QDs entwickelt werden. Sphärische Gold NP zeigen eine Plasmonenbande bei ~ 520 nm, die auf die kollektive Oszillation von Elektronen zurückzuführen ist. Gold NRs weisen aufgrund ihrer anisotropen Form zwei Plasmonenbanden auf, eine transversale Plasmonenbande bei ~ 520 nm und eine longitudinale Plasmonenbande, die vom Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis der Gold NRs abhängig ist. Gold QDs besitzen keine Plasmonenbande, da ihre Elektronen Quantenbeschränkungen unterliegen. Gold QDs zeigen jedoch aufgrund diskreter Energieniveaus und einer Bandlücke Photolumineszenz (PL). Die synthetisierten Gold QDs besitzen eine Breitbandlumineszenz im Bereich von ~ 500-800 nm, wobei die Lumineszenz-eigenschaften (Emissionspeak, Quantenausbeute, Lebenszeiten) stark von den Herstellungs-bedingungen und den Oberflächenliganden abhängen. Die PL in Gold QDs ist ein sehr komplexes Phänomen und rührt vermutlich von Singulett- und Triplett-Zuständen her. Gold NRs und Gold QDs konnten in verschiedene Polymere wie bspw. Cellulosetriacetat eingearbeitet werden. Polymernanokomposite mit Gold NRs wurden erstmals unter definierten Bedingungen mechanisch gezogen, um Filme mit optisch anisotropen (richtungsabhängigen) Eigenschaften zu erhalten. Zudem wurde das Temperaturverhalten von Gold NRs und Gold QDs untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine lokale Variation der Größe und Form von Gold NRs in Polymernanokompositen durch Temperaturerhöhung auf 225-250 °C erzielt werden kann. Es zeigte sich, dass die PL der Gold QDs stark temperaturabhängig ist, wodurch die PL QY der Proben beim Abkühlen (-7 °C) auf knapp 30 % verdoppelt und beim Erhitzen auf 70 °C nahezu vollständig gelöscht werden konnte. Es konnte demonstriert werden, dass die Länge der Alkylkette des Oberflächenliganden einen Einfluss auf die Temperaturstabilität der Gold QDs hat. Zudem wurden verschiedene neuartige und optisch anisotrope Sicherheitslabels mit Gold NRs sowie thermosensitive Sicherheitslabel mit Gold QDs entwickelt. Ebenso scheinen Gold NRs und QDs für die und die Optoelektronik (bspw. Datenspeicherung) und die Medizin (bspw. Krebsdiagnostik bzw. -therapie) von großem Interesse zu sein.
N2  - In this thesis, the synthesis and optical characterization of spherical gold nanoparticles (NP) with diameters larger than ~ 2 nm, gold quantum dots (QDs) with diameters smaller than ~ 2 nm and gold nanorods (NRs) with different lengths are presented. In addition, a novel one-pot synthesis for the preparation of thermosensitive gold QDs is introduced. Gold NP solutions appear red colored due to their strong absorption in the visible range at ~ 520 nm. This absorption band is a result of surface plasmon resonance, which is caused by the coherent oscillation of conduction band electrons induced by an electromagnetic field. In contrast to spherical gold NPs, gold NRs show two surface plasmon bands due to their anisotropic shape, a transverse plasmon band at ~ 520 nm and a longitudinal plasmon band depending on the aspect ratio (length-to-width-ratio) of the gold NRs. If the size of the gold NPs decreases to values below ~ 2 nm, quantum-size confinement occurs and the surface plasmon band disappears. Additionally, the overlap between conduction band and valence band disappears, discrete electronic levels arise and a band gap is created. As a consequence of quantum confinement, the gold QDs show photoluminescence (PL) upon UV-irradiation. The gold QDs synthesized via the one-pot synthesis exhibit a broadband luminescence between 500 nm and 800 nm. The luminescence properties (emission peak, quantum yield, lifetime) strongly depend on the synthetic parameters like reaction temperature, stoichiometry and the surface ligand. Gold NRs and gold QDs were incoroporated into different polymers (e.g. cellulose triacetate). Polymer nanocomposite films showing optical anisotropy are obtainded by stretching polymer films containing gold NRs uniaxial in a tensile test machine. In addition to the optical characterization of gold NRs and QDs, their thermal behavior in solution as well as in different nanocomposites is studied. A shortening of the gold NRs or a transformation into spherical gold NP is observed, if the polymer nanocomposites containing gold NRs are heated above a temperature of 200 °C. The PL of the synthesized gold QDs strongly depends on the ambient temperature. An increase of PL quantum yield (QY) and PL lifetime occur, if the solutions are cooled. The best PL QY of 16.6 % was observed for octadecyl mercaptan capped gold QDs at room temperature, which could be improved to 28.6 % when cooling the solutions to -7 °C. Furthermore, optically anisotropic security labels containing gold NRs and thermosensitive security devices containing gold QDs are developed. Due to their unique optical properties, gold NRs and QDs are interesting candidates for optoelectronical as well as data storage devices and medical applications like biomedical imaging or cancer therapy.
KW  - Gold
KW  - Nanopartikel
KW  - Quantenpunkte
KW  - Nanostäbchen
KW  - Oberflächenplasmonenlasmonen
KW  - gold
KW  - nanoparticles
KW  - quantum dots
KW  - nanorods
KW  - surface plasmons
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66402
ER  - 
TY  - THES
A1  - Klier, Dennis Tobias
T1  - Upconversion luminescence in Er-codoped NaYF4 nanoparticles
T1  - Frequenzaufkonversion in Er-codotierten NaYF4 Nanopartikeln
BT  - fundamental photophysics and optimization for life science applications
BT  - fundamentale Photophysik und Optimierung für Anwendungen in den Lebenswissenschaften
N2  - In the context of an increasing population of aging people and a shift of medical paradigm towards an individualized medicine in health care, nanostructured lanthanides doped sodium yttrium fluoride (NaYF4) represents an exciting class of upconversion nanomaterials (UCNM) which are suitable to bring forward developments in biomedicine and -biodetection. Despite the fact that among various fluoride based upconversion (UC) phosphors lanthanide doped NaYF4 is one of the most studied upconversion nanomaterial, many open questions are still remaining concerning the interplay of the population routes of sensitizer and activator electronic states involved in different luminescence upconversion photophysics as well as the role of phonon coupling. The collective work aims to explore a detailed understanding of the upconversion mechanism in nanoscaled NaYF4 based materials co-doped with several lanthanides, e.g. Yb3+ and Er3+ as the "standard" type upconversion nanoparticles (UCNP) up to advanced UCNP with Gd3+ and Nd3+. Especially the impact of the crystal lattice structure as well as the resulting lattice phonons on the upconversion luminescence was investigated in detail based on different mixtures of cubic and hexagonal NaYF4 nanoscaled crystals. Three synthesis methods, depending on the attempt of the respective central spectroscopic questions, could be accomplished in the following work. NaYF4 based upconversion nanoparticles doped with several combination of lanthanides (Yb3+, Er3+, Gd3+ and Nd3+) were synthesized successfully using a hydrothermal synthesis method under mild conditions as well as a co-precipitation and a high temperature co-precipitation technique. Structural information were gathered by means of X-ray diffraction (XRD), electron microscopy (TEM), dynamic light scattering (DLS), Raman spectroscopy and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-OES). The results were discussed in detail with relation to the spectroscopic results. A variable spectroscopic setup was developed for multi parameter upconversion luminescence studies at various temperature 4 K to 328 K. Especially, the study of the thermal behavior of upconversion luminescence as well as time resolved area normalized emission spectra were a prerequisite for the detailed understanding of intramolecular deactivation processes, structural changes upon annealing or Gd3+ concentration, and the role of phonon coupling for the upconversion efficiency. Subsequently it became possible to synthesize UCNP with tailored upconversion luminescence properties. In the end, the potential of UCNP for life science application should be enunciated in context of current needs and improvements of a nanomaterial based optical sensors, whereas the "standard" UCNP design was attuned according to the special conditions in the biological matrix. In terms of a better biocompatibility due to a lower impact on biological tissue and higher penetrability for the excitation light. The first step into this direction was to use Nd3+ ions as a new sensitizer in tridoped NaYF4 based UCNP, whereas the achieved absolute and relative temperature sensitivity is comparable to other types of local temperature sensors in the literature.
N2  - Ziel der Arbeit war es ein erweitertes Verständnis des Mechanismus der Lichtaufkonversion, sowie dessen gezielte Manipulation in verschiedenen Nanomaterialien auf Natriumyttrium-fluoridbasis zu erlangen. Die optischen Eigenschaften werden dabei durch eine gezielte Zusammenstellung verschiedener Lanthanoidionen hervorgerufen, welche während der Synthese in die Materialien eingebracht werden. Der Fokus lag hierbei in der Aufklärung des Zusammenspiels zwischen der Struktur der Materialien und deren Lichtaufkonver-sionsvermögen sowie dem Erlangen eines generellen Verständnisses der einzelnen Teilschritte des Lichtaufkonversionsmechanismus. Dabei wird das Licht, welches nach Anregung der Lanthanoidionen durch einen Laser von diesen emittiert wird, hinsichtlich der Farbzusammensetzung und des Abklingverhaltens der Lumineszenz untersucht. Diese Erkenntnisse geben sowohl einen Einblick in die verschiedenen Teilschritte des Lichtaufkonversionsmechanismus, als auch deren Korrelation zur Struktur der Nanomaterialien. Während der Arbeit wurde ein variabler Messplatz mit einer wellenlängendurchstimmbaren Anregungslichtquelle, einer Detektionseinheit mit hervorragender spektraler und zeitlicher Auflösung für die Messung des emittierten Lichtes sowie einer Temperiereinheit, mit der die Proben in einem Temperaturbereich von 4 Kelvin (-269,15 °C) bis 328 Kelvin (50 °C) temperiert werden können, aufgebaut. Die Proben wurden mithilfe der modernen Kopräzipitations- und Hydrothermalsynthese in verschiedenen Zusammensetzungen und Oberflächenmodifizierungen hergestellt, um sowohl Partikel für fundamentale Untersuchungen der Lichtaufkonversion verfügbar zu haben, als auch den hohen Anforderungen für Anwendungen in den Lebenswissenschaften gerecht zu werden. Die Reaktion fand bei hohen Temperaturen (160 °C bis 320 °C) unter Schutzgasatmosphäre statt und gewährleistete so die Bildung von hochkristallinen Partikeln, deren Größe stark mit der Synthesetemperatur korreliert. Mithilfe von zeitaufgelösten Lumineszenzuntersuchungen gelang ein sehr detaillierter Einblick in strukturelle Veränderungen der Nanopartikeln, welche durch klassische strukturanalytische Methoden, wie der Röntgenpulverdiffraktometrie, nicht in dem Maße möglich sind. Zudem konnte ein erheblicher Teil dazu beigetragen werden, das komplexe Zusammenspiel von Energietransportmechanismen, Gitterschwingungen und thermisch induzierten Prozessen zu verstehen. Zuletzt wurden, basierend auf der Vielzahl an gewonnenen Erkenntnissen, speziell designte Nanopartikel hergestellt. Die Farbe des Emissionslichts dieser Partikel wies dabei eine hohe Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur auf. Auftretende Herausforderungen induziert durch das verwendete Anregungslicht im Nahinfrarotenbereich, wie das Aufheizen oder die zu hohe Absorption der Probe, wurden durch die Erweiterung des Aufkonversionssystems gelöst. Damit konnten beste Voraussetzungen für potentielle Anwendungen, wie zum Beispiel als Nanothermometer geschaffen werden.
KW  - Nanopartikel
KW  - nanoparticle
KW  - Frequenzaufkonversion
KW  - upconversion
KW  - Lanthanoide
KW  - lanthanides
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98486
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stöckle, Silke
T1  - Thin liquid films with nanoparticles and rod-like ions as models for nanofluidics
T1  - Dünne flüssige Filme mit Nanopartikeln und stäbchenförmigen Ionen als Nanofluidische Modelle
N2  - With the rise of nanotechnology in the last decade, nanofluidics has been established as a research field and gained increased interest in science and industry. Natural aqueous nanofluidic systems are very complex, there is often a predominance of liquid interfaces or the fluid contains charged or differently shaped colloids. The effects, promoted by these additives, are far from being completely understood and interesting questions arise with regards to the confinement of such complex fluidic systems. A systematic study of nanofluidic processes requires designing suitable experimental model nano – channels with required characteristics. The present work employed thin liquid films (TLFs) as experimental models. They have proven to be useful experimental tools because of their simple geometry, reproducible preparation, and controllable liquid interfaces. The thickness of the channels can be adjusted easily by the concentration of electrolyte in the film forming solution. This way, channel dimensions from 5 – 100 nm are possible, a high flexibility for an experimental system. TLFs have liquid IFs of different charge and properties and they offer the possibility to confine differently shaped ions and molecules to very small spaces, or to subject them to controlled forces. This makes the foam films a unique “device” available to obtain information about fluidic systems in nanometer dimensions. The main goal of this thesis was to study nanofluidic processes using TLFs as models, or tools, and to subtract information about natural systems plus deepen the understanding on physical chemical conditions. The presented work showed that foam films can be used as experimental models to understand the behavior of liquids in nano – sized confinement. In the first part of the thesis, we studied the process of thinning of thin liquid films stabilized with the non – ionic surfactant n – dodecyl – β – maltoside (β – C₁₂G₂) with primary interest in interfacial diffusion processes during the thinning process dependent on surfactant concentration 64. The surfactant concentration in the film forming solutions was varied at constant electrolyte (NaCl) concentration. The velocity of thinning was analyzed combining previously developed theoretical approaches. Qualitative information about the mobility of the surfactant molecules at the film surfaces was obtained. We found that above a certain limiting surfactant concentration the film surfaces were completely immobile and they behaved as non – deformable, which decelerated the thinning process. This follows the predictions for Reynolds flow of liquid between two non – deformable disks. In the second part of the thesis, we designed a TLF nanofluidic system containing rod – like multivalent ions and compared this system to films containing monovalent ions. We presented first results which recognized for the first time the existence of an additional attractive force in the foam films based on the electrostatic interaction between rod – like ions and oppositely charged surfaces. We may speculate that this is an ion bridging component of the disjoining pressure. The results show that for films prepared in presence of spermidine the transformation of the thicker CF to the thinnest NBF is more probable as films prepared with NaCl at similar conditions of electrostatic interaction. This effect is not a result of specific adsorption of any of the ions at the fluid surfaces and it does not lead to any changes in the equilibrium properties of the CF and NBF. Our hypothesis was proven using the trivalent ion Y3+ which does not show ion bridging. The experimental results are compared to theoretical predictions and a quantitative agreement on the system’s energy gain for the change from CF to NBF could be obtained. In the third part of the work, the behavior of nanoparticles in confinement was investigated with respect to their impact on the fluid flow velocity. The particles altered the flow velocity by an unexpected high amount, so that the resulting changes in the dynamic viscosity could not be explained by a realistic change of the fluid viscosity. Only aggregation, flocculation and plug formation can explain the experimental results. The particle systems in the presented thesis had a great impact on the film interfaces due to the stabilizer molecules present in the bulk solution. Finally, the location of the particles with respect to their lateral and vertical arrangement in the film was studied with advanced reflectivity and scattering methods. Neutron Reflectometry studies were performed to investigate the location of nanoparticles in the TLF perpendicular to the IF. For the first time, we study TLFs using grazing incidence small angle X – ray scattering (GISAXS), which is a technique sensitive to the lateral arrangement of particles in confined volumes. This work provides preliminary data on a lateral ordering of particles in the film.
N2  - Mit dem Heranwachsen der Nanotechnologie in den vergangenen zehn Jahren hat sich die Nanofluidik als Forschungsbereich etabliert und erfährt wachsende Aufmerksamkeit in der Wissenschaft, sowie auch in der Industrie. Im biomedizinischen Bereich, wo intrazelluläre Prozesse häufig komplexer, nanofluidischer Natur sind, wird sich vermehrt für ein detailliertes Verständnis von nanofluidischen Prozessen interessiert, z.B. für den Einfluss von Kolloiden verschiedenster Form oder elektrischer Ladung auf die Kanäle und auf das Fließverhalten oder die Auswirkungen der Einengung von Flüssigkeiten und Kolloiden in Nanometer Geometrien. In der vorliegenden Arbeit werden dünne flüssige Filme, hinsichtlich ihrer Funktion als nanofluidische Modelle untersucht. Im ersten Teil der Arbeit wurde die Fließgeschwindigkeit des Fluids aus dem dünnen Film, abhängig von der Konzentration der filmstabilisierenden Tensidmoleküle n – Dodecyl β – D – Maltoside ( β – C₁₂G₂) bei einer konstanten Elektrolytkonzentration von 0.2 mM NaCl untersucht. Mit einem theoretischen Modell konnte das Dünnungsverhalten nachgezeichnet werden. Es wurde eine kritische Tensidkonzentration gefunden, unter der die Oberflächen lateral mobil sind und über der sie sich wie fest verhalten. Dadurch konnten wir Aufschluss darüber erlangen, wie die Oberfläche des Films unter verschiedenen Bedingungen geschaffen ist, und das in Bezug zur Verteilungsdichte der Moleküle an den Oberflächen setzen. Im weiteren wurden komplexere, nanofluidische Systeme untersucht, wobei zum einen ~ 1 nm lange, stäbchenförmige, multivalent geladene Spermidin - Moleküle die punktförmigen Elektrolyte ersetzten. Es konnte eine deutliche Veränderung der Stabilität zwischen Filmen mit und ohne Stäbchen festgestellt werden. Die Filme, mit NaCl, blieben länger in dem metastabilen „Common Film“ (CF) Zustand als die Filme, die eine vergleichbare Konzentration von Spermidin Stäbchen beinhalteten. Die Ergebnisse deuteten auf eine zusätzliche Anziehungskraft durch Brückenbildung zwischen zwei geladenen Oberflächen durch gegensätzlich geladene Stäbchenförmige Moleküle hin. Es konnte gezeigt werden, dass dieser Effekt weder ein Ergebnis von spezifischer Ionenadsorption an die Filmoberfläche war, noch ein Unterschied in den Gleichgewichtszuständen von den Dicken der CFs und der Newton Black Films (NBFs) hervorrief, was auf die korrekte Annahme der Ionenstärke in der Lösung schließen ließ. Auch in Versuchen mit ebenfalls trivalenten Ionen YCl3 wurde festgestellt, dass kein vergleichbarer Überbrückungseffekt auftritt. Die Ergebnisse wurden mit theoretischen Simulationen verglichen und es wurde eine quantitative Übereinstimmung gefunden bezüglich der Größe des Systeminternen Energiegewinns durch den Überbrückungseffekt. Desweiteren wurde das Fließverhalten von Fluiden mit Kolloiden eingeengt in Nanometer Geometrien untersucht. Für zwei verschiedene Arten von Nanopartikeln (Fe3O4 stabilisiert mit Oleinsäure und polymerstabilisierte Goldpartikel) wurde eine Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit festgestellt. Mit einem theoretischen Modell konnte das Fließverhalten nur für enorm erhöhte Viskositätswerte des Fluids erklärt werden. Die Viskositätserhöhung wurde mit Partikelaggregaten, die den Ausfluss behindern, erklärt und diskutiert, unter der Annahme eines nicht - Newtonischen Fließverhaltens der Dispersionen. Gleichermaßen wurde die strukturelle Anordnung der Partikel in den Filmen hinsichtlich ihrer vertikalen und lateralen Verteilung untersucht. In dieser Arbeit werden vorläufige Ergebnisse präsentiert, die noch weiteren Studien bedürfen. Mit Neutronenreflexion sollte die Anordnung der Partikel orthogonal zur Oberfläche im Film analysiert werden. Eine qualitative Analyse lässt schließen, dass bei einer höheren Konzentration von Partikeln in Lösung, sich auch eine erhöhte Konzentration von Partikeln im dünnen Film befindet. Leider konnten die Daten nicht hinsichtlich der Lage der Partikel analysiert werden. Zum ersten Mal wurden dünne flüssige Filme mit Kleinwinkelröntgenstreuung unter streifendem Einfall (GISAXS) analysiert. Mit Hilfe dieser Methode sollte eine laterale Anordnung der Partikel im Film untersucht werden. Es konnten erfolgreiche Messungen durchgeführt werden und mit Hilfe der rechnergestützten Analyse konnte eine Aussage gemacht werden, dass ~ 6 nm große Teilchen in ~ 43 nm Abstand sich im Film befinden. Die Aussage bezüglich der kleinen Teilchen könnte sich auf einzelne, kleinere Partikel beziehen, allerdings könnten auch die 43 nm eine relevante Strukturgröße darstellen, da es in der Dispersion gehäuft Aggregate mit dem Durchmesser in dem Größenbereich vorliegen. Zusammenfassend können sich mit dieser Arbeit die dünnen flüssigen Filme als eine wichtige Kernmethode der Untersuchung von nanofluidischen Prozessen, wie sie häufig in der Natur vorkommen, behaupten.
KW  - Nanofluidik
KW  - Schaumfilme
KW  - Spermidin
KW  - Nanopartikel
KW  - Oberflächenkräfte
KW  - nanofluidics
KW  - foam films
KW  - spermidine
KW  - nanoparticles
KW  - interfacial forces
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-46370
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dai, Xiaolin
T1  - Synthesis of artificial building blocks for sortase-mediated ligation and their enzymatic linkage
T1  - Synthese von artifiziellen Bausteinen für Sortase-vermittelte Ligationen und deren enzymatische Verknüpfung
N2  - Das Enzym Sortase A katalysiert die Bildung einer Peptidbindung zwischen der Erkennungssequenz LPXTG und einem Oligoglycin. Während vielfältige Ligationen zwischen Proteinen und verschiedenen Biomolekülen, Proteinen und kleinen synthetischen Molekülen, sowie Proteinen und Oberflächen durchgeführt wurden, besteht das Ziel dieser Arbeit darin, die Sortase-katalysierte Verlinkung von synthetischen Bausteinen zu untersuchen. Dies könnte den Weg bereiten für die Anwendung von Sortase A für chemische Aufgabenstellungen und eventuell sogar in den Materialwissenschaften.
Für diese grundsätzliche Untersuchung wurden die verwendeten Bausteine zunächst so einfach wie möglich gehalten und leicht zugängliche SiO2 Nanopartikel und kommerziell erhältliche Polymerblöcke ausgewählt. Die Bausteine wurden als erstes mit den Peptidsequenzen für Sortase-vermittelte Ligationen funktionalisiert. SiO2 Nanopartikel wurden mit Durchmessern von 60 und 200 nm hergestellt und mit C=C Doppelbindungen oberflächenmodifiziert. Dann wurden Peptide mit einem terminalen Cystein kovalent durch eine Thiol-en Reaktion angebunden. An die 60 nm NP wurden Peptide mit einem Pentaglycin und an die 200 nm Partikel Peptide mit LPETG Sequenz gebunden. Auf die gleiche Art und Weise wurden Peptide mit terminalem Cystein an die Polymere Polyethylenglykol (PEG) und Poly(N Isopropylacrylamid) (PNIPAM), die beide über C=C Endgruppen verfügen, gebunden und G5-PEG und PNIPAM-LPETG Konjugate erhalten. Mit den vier Bausteinen wurden nun durch Sortase-vermittelte Ligation NP–Polymer Hybride, NP–NP und Polymer–Polymer Strukturen hergestellt und die Produkte u. a. durch Transmissionselektronen-mikroskopie, MALDI-ToF Massenspektrometrie sowie Dynamische Lichtstreuung charakterisiert. Die Verlinkung dieser synthetischen Bausteine konnte eindeutig gezeigt werden.
Das Verwenden von kommerziell erhältlichen Polymeren hat jedoch zu einem Gemisch der Polymer-Peptid Konjugate mit unmodifiziertem Polymer geführt, welches nicht gereinigt werden konnte. Deswegen wurden anschließend Synthesestrategien für reine Peptid-Polymer und Polymer-Peptid Konjugate als Bausteine für Sortase-vermittelte Ligationen entwickelt. Diese basieren auf der RAFT Polymerisation mit CTAs, die entweder an N- oder C-Terminus eines Peptids gebunden sind. GG-PNIPAM wurde durch das Anbinden eines geeigneten RAFT CTAs an Fmoc-GG in einer Veresterungsreaktion, Polymerisation von NIPAM und Abspalten der Fmoc Schutzgruppe synthetisiert. Weiterhin wurden mehrere Peptide durch Festphasen-Peptidsynthese erhalten. Die Anbindung eines RAFT CTAs (oder eines Polymerisationsinitiators) an den N-Terminus eines Peptids kann automatisiert als letzter Schritt in einem Peptid-Synthetisierer erfolgen. Die Synthese eines solchen Konjugats konnte in dem Zeithorizont dieser Arbeit noch nicht erreicht werden. Jedoch existieren mehrere vielversprechende Strategien, um diesen Ansatz mit verschiedenen Kopplungsreagenzien zur Anbindung des CTAs fortzusetzen. Solche Polymer Bausteine können in Zukunft für die Synthese von Protein-Polymer Konjugaten durch Sortase-Katalyse verwendet werden. Außerdem kann der Ansatz auch für die Synthese von Block-Copolymeren aus Polymerblöcken mit Peptidmotiven an beiden Enden ausgebaut werden.
Auch wenn bei der grundsätzlichen Untersuchung im Rahmen dieser Arbeit Hybridstrukturen hergestellt wurden, die auch durch traditionelle chemische Synthesen erhalten werden könnten, wird ein Bausatz solcher Bausteine in Zukunft die Synthese neuer Materialien ermöglichen und kann auch den Weg für die Anwendung von Enzymen in den Materialwissenschaften ebnen. In Ergänzung zu Nanopartikeln und Block-Copolymeren können dann auch Hybridmaterialien unter Einbezug von Protein-basierten Bausteinen hergestellt werden. Daher könnten Sortase Enzyme zu einem Werkzeug werden, welches etablierte chemische Verlinkungstechniken ergänzt und mit den hoch spezifischen Peptidmotiven über funktionale Einheiten verfügt, die orthogonal zu allen chemischen Gruppen sind.
N2  - The enzyme Sortase A catalyzes the formation of a peptide bond between the recognition sequence LPXTG and an oligoglycine. While manifold ligations between proteins and various biomolecules, proteins and small synthetic molecules as well as proteins and surfaces have been reported, the aim of this thesis was to investigate the sortase-catalyzed linkage between artificial building blocks. Hence, this could pave the way for the use of sortase A for tasks from a chemical point of view and maybe even materials science.
For the proof of concept, the studied systems were kept as simple as possible at first by choosing easily accessible silica NPs and commercially available polymers. These building blocks were functionalized with peptide motifs for sortase-mediated ligation. Silica nanoparticles were synthesized with diameters of 60 and 200 nm and surface modified with C=C functionalities. Then, peptides bearing a terminal cysteine were covalently linked by means of a thiol-ene reaction. 60 nm SiO2 NPs were functionalized with pentaglycines, while peptides with LPETG motif were linked to 200 nm silica particles. Polyethyleneglycol (PEG) and poly(N isopropylacrylamide) (PNIPAM) were likewise functionalized with peptides by thiol-ene reaction between cysteine residues and C=C units in the polymer end groups. Hence, G5-PEG and PNIPAM-LPETG conjugates were obtained. With this set of building blocks, NP–polymer hybrids, NP–NP, and polymer–polymer structures were generated by sortase-mediated ligation and the product formation shown by transmission electron microscopy, MALDI-ToF mass spectrometry and dynamic light scatting, among others. Thus, the linkage of these artificial building blocks by the enzyme sortase A could be demonstrated.
However, when using commercially available polymers, the purification of the polymer–peptide conjugates was impossible and resulted in a mixture containing unmodified polymer. Therefore, strategies were developed for the own synthesis of pure peptide-polymer and polymer-peptide conjugates as building blocks for sortase-mediated ligation. The designed routes are based on preparing polymer blocks via RAFT polymerization from CTAs that are attached to N- or C-terminus, respectively, of a peptide. GG-PNIPAM was synthesized through attachment of a suitable RAFT CTA to Fmoc-GG in an esterification reaction, followed by polymerization of NIPAM and cleavage of the Fmoc protection group. Furthermore, several peptides were synthesized by solid-phase peptide synthesis. The linkage of a RAFT CTA (or  
polymerization initiator) to the N-terminus of a peptide can be conducted in an automated fashion as last step in a peptide synthesizer. The synthesis of such a conjugate couldn’t be realized in the time frame of this thesis, but many promising strategies exist to continue this strategy using different coupling reagents. Such polymer building blocks can be used to synthesize protein-polymer conjugates catalyzed by sortase A and the approach can be carried on to the synthesis of block copolymers by using polymer blocks with peptide motifs on both ends.
Although the proof of concept demonstrated in this thesis only shows examples that can be also synthesized by exclusively chemical techniques, a toolbox of such building blocks will enable the future formation of new materials and pave the way for the application of enzymes in materials science. In addition to nanoparticle systems and block copolymers, this also includes combination with protein-based building blocks to form hybrid materials. Hence, sortase could become an enzymatic tool that complements established chemical linking technologies and provides specific peptide motifs that are orthogonal to all existing chemical functional groups.
KW  - sortase-mediated ligation
KW  - enzyme
KW  - block copolymers
KW  - nanoparticles
KW  - Ligation
KW  - Enzym
KW  - Block-Copolymere
KW  - Nanopartikel
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-420060
ER  - 
TY  - THES
A1  - Popovic, Jelena
T1  - Novel lithium iron phosphate materials for lithium-ion batteries
T1  - Neuartige Lithium-Eisen-Phosphat-Materialien für Lithium-Ionen-Batterien
N2  - Conventional energy sources are diminishing and non-renewable, take million years to form and cause environmental degradation. In the 21st century, we have to aim at achieving sustainable, environmentally friendly and cheap energy supply by employing renewable energy technologies associated with portable energy storage devices. Lithium-ion batteries can repeatedly generate clean energy from stored materials and convert reversely electric into chemical energy. The performance of lithium-ion batteries depends intimately on the properties of their materials. Presently used battery electrodes are expensive to be produced; they offer limited energy storage possibility and are unsafe to be used in larger dimensions restraining the diversity of application, especially in hybrid electric vehicles (HEVs) and electric vehicles (EVs). This thesis presents a major progress in the development of LiFePO4 as a cathode material for lithium-ion batteries. Using simple procedure, a completely novel morphology has been synthesized (mesocrystals of LiFePO4) and excellent electrochemical behavior was recorded (nanostructured LiFePO4). The newly developed reactions for synthesis of LiFePO4 are single-step processes and are taking place in an autoclave at significantly lower temperature (200 deg. C) compared to the conventional solid-state method (multi-step and up to 800 deg. C). The use of inexpensive environmentally benign precursors offers a green manufacturing approach for a large scale production. These newly developed experimental procedures can also be extended to other phospho-olivine materials, such as LiCoPO4 and LiMnPO4. The material with the best electrochemical behavior (nanostructured LiFePO4 with carbon coating) was able to delive a stable 94% of the theoretically known capacity.
N2  - Konventionelle Energiequellen sind weder nachwachsend und daher nachhaltig nutzbar, noch weiterhin langfristig verfügbar. Sie benötigen Millionen von Jahren um gebildet zu werden und verursachen in ihrer Nutzung negative Umwelteinflüsse wie starke Treibhausgasemissionen. Im 21sten Jahrhundert ist es unser Ziel nachhaltige und umweltfreundliche, sowie möglichst preisgünstige Energiequellen zu erschließen und nutzen. Neuartige Technologien assoziiert mit transportablen Energiespeichersystemen spielen dabei in unserer mobilen Welt eine große Rolle. Li-Ionen Batterien sind in der Lage wiederholt Energie aus entsprechenden Prozessen nutzbar zu machen, indem sie reversibel chemische in elektrische Energie umwandeln. Die Leistung von Li-Ionen Batterien hängen sehr stark von den verwendeten Funktionsmaterialien ab. Aktuell verwendete Elektrodenmaterialien haben hohe Produktionskosten, verfügen über limitierte Energiespeichekapazitäten und sind teilweise gefährlich in der Nutzung für größere Bauteile. Dies beschränkt die Anwendungsmöglichkeiten der Technologie insbesondere im Gebiet der hybriden Fahrzeugantriebe. Die vorliegende Dissertation beschreibt bedeutende Fortschritte in der Entwicklung von LiFePO4 als Kathodenmaterial für Li-Ionen Batterien. Mithilfe einfacher Syntheseprozeduren konnten eine vollkommen neue Morphologie (mesokristallines LiFePo4) sowie ein nanostrukturiertes Material mit exzellenten elektrochemischen Eigenschaften hergestellt werden. Die neu entwickelten Verfahren zur Synthese von LiFePo4 sind einschrittig und bei signifikant niedrigeren Temperaturen im Vergleich zu konventionellen Methoden. Die Verwendung von preisgünstigen und umweltfreundlichen Ausgangsstoffen stellt einen grünen Herstellungsweg für die large scale Synthese dar. Mittels des neuen Synthesekonzepts konnte meso- und nanostrukturiertes LiFe PO4 generiert werden. Die Methode ist allerdings auch auf andere phospho-olivin Materialien (LiCoPO4, LiMnPO4) anwendbar. Batterietests der besten Materialien (nanostrukturiertes LiFePO4 mit Kohlenstoffnanobeschichtung) ergeben eine mögliche Energiespeicherung von 94%.
KW  - Li-Ionen-Akkus
KW  - Kathode
KW  - LiFePO4
KW  - Mesokristalle
KW  - Nanopartikel
KW  - Li-ion batteries
KW  - cathode
KW  - LiFePO4
KW  - mesocrystals
KW  - nanoparticles
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-54591
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ba, Jianhua
T1  - Nonaqueous synthesis of metal oxide nanoparticles and their assembly into mesoporous materials
T1  - Nichtwässrige Synthese von Metalloxid-Nanopartikeln und deren Anordnung zu mesoporösen Materialien
N2  - This thesis mainly consist of two parts, the synthesis of several kinds of technologically interesting crystalline metal oxide nanoparticles via nonaqueous sol-gel process and the formation of mesoporous metal oxides using some of these nanoparticles as building blocks via evaporation induced self-assembly (EISA) technique.  In the first part, the experimental procedures and characterization results of successful syntheses of crystalline tin oxide and tin doped indium oxide (ITO) nanoparticles are reported. SnO2 nanoparticles exhibit monodisperse particle size (3.5 nm in average), high crystallinity and particularly high dispersibility in THF, which enable them to become the ideal particulate precursor for the formation of mesoporous SnO2. ITO nanoparticles possess uniform particle morphology, narrow particle size distribution (5-10 nm), high crystallinity as well as high electrical conductivity.  The synthesis approaches and characterization of various mesoporous metal oxides, including TiO2, SnO2, mixture of CeO2 and TiO2, mixture of BaTiO3 and SnO2, are reported in the second part of this thesis. Mesoporous TiO2 and SnO2 are presented as highlights of this part. Mesoporous TiO2 was produced in the forms of both films and bulk material. In the case of mesoporous SnO2, the study was focused on the high order of the porous structure. All these mesoporous metal oxides show high crystallinity, high surface area and rather monodisperse pore sizes, which demonstrate the validity of EISA process and the usage of preformed crystalline nanoparticles as nanobuilding blocks (NBBs) to produce mesoporous metal oxides.
N2  - Diese Arbeit besteht hauptsächlich aus zwei Teilen. Der erste Teil befasst sich mit der Synthese von mehreren technologisch wichtigen, kristallinen Metalloxid-Nanopartikeln mittels nichtwässriger Sol-Gel Chemie. Der zweite Teil beinhaltet die Herstellung von mesoporösen Metalloxiden. Dabei wurden ausgewählte Nanopartikel als Bausteine verwendet und durch langsames Verdampfen des Lösungsmittels in die entsprechenden porösen Strukturen überführt.  Das experimentelle Vorgehen wie auch die Charakterisierung der erfolgreich hergestellten Zinnoxid- und Indiumzinnoxid-Nanopartikel sind im ersten Teil beschrieben. Die Zinnoxid-Nanpartikel zeichnen sich durch einheitliche Partikelgrösse (im Durchschnitt ca. 3.5 nm), hoher Kristallinität, und guter Dispergierbarkeit in Tetrahydrofuran aus. Diese Eigenschaften machen aus den Zinnoxid-Nanopartikeln die perfekten Bausteine für den Aufbau von mesoporösem Zinnoxid. Die Indiumzinnoxid-Nanopartikel haben eine einheitliche Partikelform, eine schmale Grösseverteilung (5-10 nm), hohe Kristallinität wie auch gute elektrische Leitfähigkeit.  Die Synthese und Charakterisierung von verschiedenen mesoporösen Metalloxiden wie TiO2, SnO2, Mischungen von CeO2 und TiO2, wie auch Mischungen von BaTiO3 und SnO2 werden im zweiten Teil der Arbeit diskutiert. Mesoporöses TiO2 und SnO2 werden als besonders gelungene Beispiele herausgehoben. Mesoporöses TiO2 wurde in Form von Dünnfilmen wie auch als Bulkmaterial hergestellt. Im Falle von SnO2 galt das Augenmerk vor allem der hohen Ordnung der Mesoporen. Alle diese mesoporösen Materialien zeigen eine hohe Kristallinität, grosse Oberfläche und relativ einheitliche Porengrössen. Diese Eigenschaften unterstreichen, wie wertvoll der Ansatz ist, vorgeformte Nanopartikel als Bausteine für die Synthese von porösen Materialien zu verwenden.
KW  - Nanopartikel
KW  - transparent-leitendes Oxid
KW  - Selbstorganisation
KW  - nanoparticles
KW  - oxides
KW  - assembly
KW  - mesostructure
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-10173
ER  - 
TY  - THES
A1  - Buha, Jelena
T1  - Nonaqueous syntheses of metal oxide and metal nitride nanoparticles
T1  - Nichtwässrige Synthesen von Metalloxid- und Metallnitrid-Nanopartikeln
N2  - Nanostructured materials are materials consisting of nanoparticulate building blocks on the scale of nanometers (i.e. 10-9 m). Composition, crystallinity and morphology can enhance or even induce new properties of the materials, which are desirable for todays and future technological applications. In this work, we have shown new strategies to synthesise metal oxide and metal nitride nanomaterials. The first part of the work deals with the study of nonaqueous synthesis of metal oxide nanoparticles. We succeeded in the synthesis of In2O3 nanopartcles where we could clearly influence the morphology by varying the type of the precursors and the solvents; of ZnO mesocrystals by using acetonitrile as a solvent; of transition metal oxides (Nb2O5, Ta2O5 and HfO2) that are particularly hard to obtain on the nanoscale and other technologically important materials. Solvothermal synthesis however is not restricted to formation of oxide materials only. In the second part we show examples of nonaqueous, solvothermal reactions of metal nitrides, but the main focus lies on the investigation of the influence of different morphologies of metal oxide precursors on the formation of the metal nitride nanoparticles. In spite of various reports, the number and variety of nanocrystalline metal nitrides is marginally small by comparison to metal oxides; hence preformed metal oxides as precursors for the preparation of metal nitrides are a logical choice. By reacting oxide nanoparticles with cyanamide, urea or melamine, at temperatures of 800 to 900 °C under nitrogen flow metal nitrides could be obtained. We studied in detail the influence of the starting material and realized that size, crystallinity, type of nitrogen source and temperature play the most important role. We have managed to propose and verify a dissolution-recrystallisation model as the formation mechanism. Furthermore we could show that the initial morphology of the oxides could be retained when ammonia flow was used instead.
N2  - Nanostrukturierte Materialien sind Materialien, die aus nanopartikulären Baueinheiten in der Größenordnung von Nanonmetern (d.h. 10-9 m) bestehen. Zusammensetzung, Kristallinität und Morphologie können die natürlichen Eigenschaften dieser Materialien verbessern oder zusätzliche Eigenschaften erzeugen, die für heutige und zukünftige Anwendungen und Verfahren wünschenswert sind. In dieser Arbeit präsentieren wir neue Strategien zur Synthese von Nanopartikeln der Metaloxide und Metalnitride. Im einführenden Teil wird die nichtwässrige Synthese von Metaloxidnanopartikeln beschrieben. Uns gelang die Darstellung von In2O3 Nanopartikeln, deren Größe und Form wir durch die Wahl des Prekursors und des Lösemittels deutlich beeinflussen konnten; von ZnO Mesokristallen durch den Einsatz von Acetonitril als Lösemittel; von Übergangsmetalloxiden (Nb2O5, Ta2O5 and HfO2), die besonders schwer im Nanomaßstab zu erhalten sind und von anderen, technisch relevanten Materialien. Die Möglichkeiten der solvothermalen Synthese sind nicht mit der Darstellung von Oxidmaterialen erschöpft. Im zweiten Teil zeigen wir einige Beispiele nichtwässriger, solvothermaler Synthese von Metalnitriden auf; das Hauptaugenmerk liegt aber auf einer Betrachtung der Einflüsse der Morphologie von Metaloxidnanopartikelprekursoren auf die Bildung der Metalnitridnanopartikel. Die Anzahl und Vielfalt bekannter nanokristalliner Metalnitride ist verschwindend klein im Vergleich zu den Metaloxiden, die in der Fachliteratur etabliert sind und demzufolge einen reichen Baukasten an Prekursoren zur Darstellung von Metalnitriden liefern. Durch die Reaktion von Metaloxidnanopartikeln mit Cyanamid, Urea oder Melamine bei Temperaturen von 800 bis 900 °C unter Stickstofffluss konnten Metalnitride erhalten werden. Eine detaillierte Studie der Reaktionsbedingungen und des Reaktionsablaufs zeigte auf, dass Größe und Kristallinität der Metaloxide, die Art der Stickstoffquelle und die Temperatur die entscheidenden Faktoren sind und legte eine Auflösungs-Rekristallisation als Modelmechanismus dieser Art Reaktion nahe. Darüber hinaus konnte gezeigt worden, dass die anfängliche Morphologie des Oxids unter einem Ammoniafluss beibehalten werden konnte.
KW  - Nichtwässrige Synthese
KW  - Nanopartikel
KW  - Metalloxide
KW  - Metallnitride
KW  - nonaqueous synthesis
KW  - nanoparticles
KW  - metal oxides
KW  - metal nitrides
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-18368
ER  - 
TY  - THES
A1  - Garnweitner, Georg
T1  - Nichtwässrige Synthese und Bildungsmechanismus von Übergangsmetalloxid-Nanopartikeln = Nonaqueous synthesis of transition-metal oxide nanoparticles and their formation mechanism
T1  - Nichtwässrige Synthese und Bildungsmechanismus von Übergangsmetalloxid-Nanopartikeln
N2  - In this work, the nonaqueous synthesis of binary and ternary metal oxide nanoparticles is investigated for a number of technologically important materials. A strong focus was put on studying the reaction mechanisms leading to particle formation upon solvothermal treatment of the precursors, as an understanding of the formation processes is expected to be crucial for a better control of the systems, offering the potential to tailor particle size and morphology. The synthesis of BaTiO3 was achieved by solvothermal reaction of metallic barium and titanium isopropoxide in organic solvents. Phase-pure, highly crystalline particles about 6 nm in size resulted in benzyl alcohol, whereas larger particles could be obtained in ketones such as acetone or acetophenone. In benzyl alcohol, a novel mechanism was found to lead to BaTiO3, involving a C–C coupling step between the isopropoxide ligand and the benzylic carbon of the solvent. The resulting coupling product, 4-phenyl-2-butanol, is found in almost stoichiometric yield. The particle formation in ketones proceeds via a Ti-mediated aldol condensation of the solvent, involving formal elimination of water which induces formation of the oxide. These processes also occurred when reacting solely the titanium alkoxide with ketones or aldehydes, leading to highly crystalline anatase nanoparticles for all tested solvents. In ketones, also the synthesis of nanopowders of lead zirconate titanate (PZT) was achieved, which were initially amorphous but could be crystallized by calcination at moderate temperatures. Additionally, PZT films were prepared by simply casting a suspension of the powder onto Si substrates followed by calcination.Solvothermal synthesis however is not restricted to alkoxides as precursors but is also achieved from metal acetylacetonates. The use of benzylamine as solvent proved particularly versatile, making possible the synthesis of nanocrystalline In2O3, Ga2O3, ZnO and iron oxide from the respective acetylacetonates. During the synthesis, the acetylacetonate ligand undergoes a solvolysis under C–C cleavage, resulting in metal-bound enolate ligands which, in analogy to the synthesis in ketones, induce ketimine and aldol condensation reactions. In the last section of this work, surface functionalization of anatase nanoparticles is explored. The particles were first capped with various organic ligands via a facile in situ route, which resulted in altered properties such as enhanced dispersibility in various solvents. In a second step, short functional oligopeptide segments were attached to the particles by means of a catechol linker to achieve advanced self-assembly properties.
N2  - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der nichtwässrigen Synthese binärer und ternärer Metalloxid-Nanopartikel durch solvothermale Behandlung von Metalloxid-Vorstufen in organischen Lösungsmitteln. Dabei wurde besonderes Augenmerk auf die Reaktionsmechanismen gelegt, da eine genaue Kenntnis des Bildungsmechanismus eine bessere Kontrolle über das Partikelwachstum erwarten lässt, woraus sich die Möglichkeit der genauen Steuerung von Partikelgröße und –form ableitet. Bariumtitanat (BaTiO3) konnte durch solvothermale Reaktion von metallischem Barium und Titanisopropoxid in organischen Lösungsmitteln hergestellt werden. Hochkristalline, phasenreine Partikel von etwa 6 nm Durchmesser wurden in Benzylalkohol erhalten, während in Ketonen wie Aceton oder Acetophenon größere Partikel entstanden. In Benzylalkohol läuft ein neuartiger Reaktionsmechanismus ab, der eine C–C-Kupplungsreaktion zwischen dem Isopropoxid und dem benzylischen Kohlenstoffatom des Lösungsmittels umfasst. Das Kupplungsprodukt 4-Phenyl-2-butanol wird in praktisch stöchiometrischer Ausbeute erhalten. In Ketonen verläuft die Partikelbildung über eine titankatalysierte Aldolkondensation des Lösungsmittels, die formell die Eliminierung von Wasser einschließt, was zur Bildung des Oxids führt. Diese Prozesse liefen auch bei Umsetzung von reinem Titanisopropoxid in Ketonen oder Aldehyden ab, wobei hier hochkristalline Anatas-Nanopartikel entstanden. Auch die Synthese von Bleizirkonat-titanat-Nanopulvern war in Ketonen möglich; die zunächst amorphen Pulver konnten durch Kalzinierung bei relativ geringen Temperaturen in kristalline Nanopartikel überführt werden. Zusätzlich wurden Filme durch Auftragen einer Suspension der Pulver auf Siliziumwafer und anschließende Kalzinierung hergestellt.Die solvothermale Synthese kann allerdings auch ausgehend von Metallacetylacetonaten durchgeführt werden. Benzylamin erwies sich hier als ein sehr vielseitiges Lösungsmittel und ermöglichte die Synthese von nanokristallinem In2O3, Ga2O3, ZnO und Eisenoxid ausgehend von den jeweiligen Acetylacetonaten. Im Verlauf der Synthese wird der Acetylacetonatligand unter C–C-Bindungsspaltung solvolysiert. Die entstehenden Enolatliganden reagieren dann unter Ketimin- und Aldolkondensation analog der Solvothermalsynthese in Ketonen weiter. Der letzte Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Funktionalisierung der Partikel. Zunächst wurden TiO2-Partikel durch verschiedene organische Liganden „in situ“ funktionalisiert, wodurch Eigenschaften wie etwa die Dispergierbarkeit in unterschiedlichen Lösungsmitteln beeinflusst werden konnten. In einem zweiten Schritt wurden kurze Oligopeptidketten über eine Katecholbrücke an die Partikel geknüpft, um anspruchsvolle Selbstanordnungseigenschaften zu erzielen.
KW  - Nanopartikel
KW  - Oxidkeramik
KW  - Bariumtitanat
KW  - PZT
KW  - Reaktionsmechanismus
KW  - Funktionalisierung <Chemie>
KW  - Selbstorganisation
KW  - nichtwässrige Synthese
KW  - Solvothermalsynthese
KW  - C-C Bindungsknüpfung
KW  - Sol-Gel
KW  - nonaqueous synthesis
KW  - solvothermal synthesis
KW  - C-C bond formation
KW  - sol-gel
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-5892
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schulze, Nicole
T1  - Neue Templatphasen zur anisotropen Goldnanopartikelherstellung durch den Einsatz strukturbildender Polymere
T1  - New template phases for anisotropic gold nanoparticle production
through the use of structure-forming polymers
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese und Charakterisierung von anisotropen Goldnanopartikeln in einer geeigneten Polyelektrolyt-modifizierten Templatphase. Der Mittelpunkt bildet dabei die Auswahl einer geeigneten Templatphase, zur Synthese von einheitlichen und reproduzierbaren anisotropen Goldnanopartikeln mit den daraus resultierenden besonderen Eigenschaften. Bei der Synthese der anisotropen Goldnanopartikeln lag der Fokus in der Verwendung von Vesikeln als Templatphase, wobei hier der Einfluss unterschiedlicher strukturbildender Polymere (stark alternierende Maleamid-Copolymere PalH, PalPh, PalPhCarb und PalPhBisCarb mit verschiedener Konformation) und Tenside (SDS, AOT – anionische Tenside) bei verschiedenen Synthese- und Abtrennungsbedingungen untersucht werden sollte.
Im ersten Teil der Arbeit konnte gezeigt werden, dass PalPhBisCarb bei einem pH-Wert von 9 die Bedingungen eines Röhrenbildners für eine morphologische Transformation von einer vesikulären Phase in eine röhrenförmige Netzwerkstruktur erfüllt und somit als Templatphase zur formgesteuerten Bildung von Nanopartikeln genutzt werden kann.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde dargelegt, dass die Templatphase PalPhBisCarb (pH-Wert von 9, Konzentration von 0,01 wt.%) mit AOT als Tensid und PL90G als Phospholipid (im Verhältnis 1:1) die effektivste Wahl einer Templatphase für die Bildung von anisotropen Strukturen in einem einstufigen Prozess darstellt. Bei einer konstanten Synthesetemperatur von 45 °C wurden die besten Ergebnisse bei einer Goldchloridkonzentration von 2 mM, einem Gold-Templat-Verhältnis von 3:1 und einer Synthesezeit von 30 Minuten erzielt. Ausbeute an anisotropen Strukturen lag bei 52 % (Anteil an dreieckigen Nanoplättchen von 19 %). Durch Erhöhung der Synthesetemperatur konnte die Ausbeute auf 56 % (29 %) erhöht werden. 
Im dritten Teil konnte durch zeitabhängige Untersuchungen gezeigt werden, dass bei Vorhandensein von PalPhBisCarb die Bildung der energetisch nicht bevorzugten Plättchen-Strukturen bei Raumtemperatur initiiert wird und bei 45 °C ein Optimum annimmt.  
Kintetische Untersuchungen haben gezeigt, dass die Bildung dreieckiger Nanoplättchen bei schrittweiser Zugabe der Goldchlorid-Präkursorlösung zur PalPhBisCarb enthaltenden Templatphase durch die Dosierrate der vesikulären Templatphase gesteuert werden kann. In umgekehrter Weise findet bei Zugabe der Templatphase zur Goldchlorid-Präkursorlösung bei 45 °C ein ähnlicher, kinetisch gesteuerter Prozess der Bildung von Nanodreiecken statt mit einer maximalen Ausbeute dreieckigen Nanoplättchen von 29 %. 
Im letzten Kapitel erfolgten erste Versuche zur Abtrennung dreieckiger Nanoplättchen von den übrigen Geometrien der gemischten Nanopartikellösung mittels tensidinduzierter Verarmungsfällung. Bei Verwendung von AOT mit einer Konzentration von 0,015 M wurde eine Ausbeute an Nanoplättchen von 99 %, wovon 72 % dreieckiger Geometrien hatten, erreicht.
N2  - The aim of the present work was the synthesis and characterization of anisotropic gold nanoparticles in a suitable polyelectrolyte-modified template phase. The focus was on the selection of a suitable template phase for the synthesis of uniform and reproducible anisotropic gold nanoparticles with the resulting special properties. In the synthesis of the anisotropic gold nanoparticles, the focus was on the use of vesicles as a template phase. Here, the influence of different structure-forming polymers (strongly alternating maleimide copolymers PalH, PalPh, PalPhCarb and PalPhBisCarb with different conformations) and surfactants (SDS, AOT - anionic surfactants) should be studied at various synthesis and separation conditions.
In the first part of the work, it could be shown that PalPhBisCarb at pH 9 meets the requirements of a tubulating agent for a morphological transformation of a vesicular phase into a tubular network structure and thus can be used as a template phase for the shape-controlled formation of nanoparticles.
In the second part of the work, it was shown that the template phase PalPhBisCarb (pH value of 9, concentration of 0.01 wt.%) with AOT as surfactant and PL90G as phospholipid (in the ratio 1:1) is the most effective choice of template phase for the formation of anisotropic structures in a one-step process. At a constant synthesis temperature of 45 °C, the best results were achieved with a gold chloride concentration of 2 mM, a gold-template ratio of 3:1 and a synthesis time of 30 minutes. The yield of anisotropic structures was 52% (triangular nanoplatelet content of 19%). By increasing the synthesis temperature, the yield could be increased to 56% (29%).
In the third part, it was shown by time-dependent investigations that in the presence of PalPhBisCarb, the formation of the not energetically preferred platelet structures is initiated at room temperature and assumes an optimum at 45 °C.
Kinetical studies have shown that the formation of triangular nanosheets can be controlled by the dosing rate of the vesicular template phase when the gold chloride precursor solution is gradually added to the PalPhBisCarb-containing template phase. Conversely, upon addition of the template phase to the gold chloride precursor solution at 45 °C, a similar, kinetically controlled process of formation of nanodimers takes place with a maximum yield of triangular nanoplatelets of 29%.
In the last chapter, initial attempts were made to separate triangular nanoplatelets from the other geometries of the mixed nanoparticle solution by means of surfactant-induced depletion flocculation. When AOT was used at a concentration of 0.015 M, a yield of nanoplatelets of 99%, of which 72% had triangular geometries, was achieved.
KW  - Nanopartikel
KW  - nanoparticle
KW  - Templatphase
KW  - template phase
KW  - Gold
KW  - gold
KW  - anisotrop
KW  - anisotropic
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-409515
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kraupner, Alexander
T1  - Neuartige Synthese magnetischer Nanostrukturen: Metallcarbide und Metallnitride der Übergangsmetalle Fe/Co/Ni
T1  - Novel synthesis of magnetic nanostructures: metal carbides and metal nitrides of transition metals Fe/Co/Ni
N2  - Magnetische Nanopartikel bieten ein großes Potential, da sie einerseits die Eigenschaften ihrer Bulk-Materialien besitzen und anderseits, auf Grund ihrer Größe, über komplett unterschiedliche magnetische Eigenschaften verfügen können; Superparamagnetismus ist eine dieser Eigenschaften. Die meisten etablierten Anwendungen magnetischer Nanopartikel basieren heutzutage auf Eisenoxiden. Diese bieten gute magnetische Eigenschaften, sind chemisch relativ stabil, ungiftig und lassen sich auf vielen Synthesewegen relativ einfach herstellen. Die magnetischen Eigenschaften der Eisenoxide sind materialabhängig aber begrenzt, weshalb nach anderen Verbindungen mit besseren Eigenschaften gesucht werden muss. Eisencarbid (Fe3C) kann eine dieser Verbindungen sein. Dieses besitzt vergleichbare positive Eigenschaften wie Eisenoxid, jedoch viel bessere magnetische Eigenschaften, speziell eine höhere Sättigungsmagnetisierung. Bis jetzt wurde Fe3C hauptsächlich in Gasphasenabscheidungsprozessen synthetisiert oder als Nebenprodukt bei der Synthese von Kohlenstoffstrukturen gefunden. Eine Methode, mit der gezielt Fe3C-Nanopartikel und andere Metallcarbide synthetisiert werden können, ist die „Harnstoff-Glas-Route“. Neben den Metallcarbiden können mit dieser Methode auch die entsprechenden Metallnitride synthetisiert werden, was die breite Anwendbarkeit der Methode unterstreicht. Die „Harnstoff-Glas-Route“ ist eine Kombination eines Sol-Gel-Prozesses mit einer anschließenden carbothermalen Reduktion/Nitridierung bei höheren Temperaturen. Sie bietet den Vorteil einer einfachen und schnellen Synthese verschiedener Metallcarbide/nitride. Der Schwerpunkt in dieser Arbeit lag auf der Synthese von Eisencarbiden/nitriden, aber auch Nickel und Kobalt wurden betrachtet. Durch die Variation der Syntheseparameter konnten verschiedene Eisencarbid/nitrid Nanostrukturen synthetisiert werden. Fe3C-Nanopartikel im Größenbereich von d = 5 – 10 nm konnten, durch die Verwendung von Eisenchlorid, hergestellt werden. Die Nanopartikel weisen durch ihre geringe Größe superparamagnetische Eigenschaften auf und besitzen, im Vergleich zu Eisenoxid Nanopartikeln im gleichen Größenbereich, eine höhere Sättigungsmagnetisierung. Diese konnten in fortführenden Experimenten erfolgreich in ionischen Flüssigkeiten und durch ein Polymer-Coating, im wässrigen Medium, dispergiert werden. Desweiteren wurde durch ein Templatieren mit kolloidalem Silika eine mesoporöse Fe3C-Nanostruktur hergestellt. Diese konnte erfolgreich in der katalytischen Spaltung von Ammoniak getestet werden. Mit der Verwendung von Eisenacetylacetonat konnten neben Fe3C-Nanopartikeln, nur durch Variation der Reaktionsparameter, auch Fe7C3- und Fe3N-Nanopartikel synthetisiert werden. Speziell für die Fe3C-Nanopartikel konnte die Sättigungsmagnetisierung, im Vergleich zu den mit Eisenchlorid synthetisierten Nanopartikeln, nochmals erhöht werden. Versuche mit Nickelacetat führten zu Nickelnitrid (Ni3N) Nanokristallen. Eine zusätzliche metallische Nickelphase führte zu einer Selbstorganisation der Partikel in Scheiben-ähnliche Überstrukturen. Mittels Kobaltacetat konnten, in Sphären aggregierte, metallische Kobalt Nanopartikel synthetisiert werden. Kobaltcarbid/nitrid war mit den gegebenen Syntheseparametern nicht zugänglich.
N2  - Magnetic nanoparticles offer a great potential, because they exhibit on the one hand the properties of their bulk materials and on the other hand, because of their size, completely different magnetic properties. The most established applications of magnetic nanoparticles are based on iron oxide. These oxides have good magnetic properties, they are chemical relatively stable, non toxic and easy to prepare. But the magnetic properties are limited. Therefore, we need new materials with improved magnetic properties. Iron carbide (Fe3C) could be one of these materials. Up to now, Fe3C was mainly synthesized in chemical vapor deposition processes (CVD) or was found as side product in the synthesis of carbon structures. A method for the systematical synthesis of metal carbides is the “Urea-Glass-Route”. In addition to the synthesis of metal carbides, this method allows to synthesize metal nitrides, which shows the broad practicability. The “Urea-Glass-Route” is a combination of a sol-gel process with following carbothermal reduction/nitridation at higher temperatures. The method is fast and simple and it is possible to synthesis different metal carbides/nitrides. The main topic of this work is the synthesis of iron carbide/nitride, but also cobalt and nickel is examined. By varying the synthesis parameters, different iron carbide/nitride nanostructures could be synthesized. With the use of iron chloride, Fe3C nanoparticles, in the size range of d = 5 – 10 nm, could be produced. Because of their small size, the particles show superparamagnetism and compared to iron oxide particles (in the same size range) a higher saturation magnetization. In following experiments, the particles could be successfully dispersed in an ionic liquid and with a polymer coating in aqueous medium. Furthermore, via templating with colloidal silica a mesoporous Fe3C structure could be synthesized. The material could be successfully tested in the catalytic ammonia decomposition. By changing the iron source to iron acetylacetonate, Fe7C3 and Fe3N nanoparticles, in addition to Fe3C, could be also synthesized. With nickel acetate it was possible to synthesize nickel nitride (Ni3N) nano crystals. An additional metallic nickel phase in the sample leads to a self organization to disk-like superlattice. Via cobalt acetate, in spheres aggregated, metallic cobalt nanoparticles could be synthesized. Cobalt carbide or nitride was not accessible under these synthesis parameters.
KW  - Carbide
KW  - Nitride
KW  - Eisen
KW  - Magnetismus
KW  - Nanopartikel
KW  - carbides
KW  - nitrides
KW  - iron
KW  - magnetism
KW  - nanoparticles
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52314
ER  -