Herstellung und Selbstorganisation kolloidaler Moleküle
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die meisten Kolloide sind isotrope Partikel, die sich in Lösung und auf Oberflächen zu regelmäßigen Kristallstrukturen zusammenlagern. Das allgemeine Ziel dieser bilateralen chinesisch-deutschen Zusammenarbeit war die Entwicklung innovativer Methoden zur Herstellung kolloidaler Moleküle, d. H. Gut definierter Cluster von Janus oder „patchy“ kolloidalen Partikeln, und die Untersuchung der Selbstorganisation solcher kolloidaler Moleküle in Lösung und auf Oberflächen. Zu diesem Zweck wurden kolloidale Partikel mit Polymerbürsten modifiziert, welche die Partikel-Partikel-Wechselwirkung in Lösung steuern sollten. Unter Verwendung von funktionellen Polymerbürsten auf Modelloberflächen wurde gefunden, dass hochselektive und reversible Wechselwirkungen durch Phenylboronsäuren und Katechole sowie durch in die Polymerbürsten eingebettete Wirt- und Gastmoleküle induziert werden können. Auf diese Weise haben wir überraschend starke und dennoch reversible Oberflächenklebstoffe entwickelt. Die Wirt-Gast-Interaktionen waren auch bei der Selbstorganisation von Siliciumdioxidpartikeln unter geometrischen Bedingungen hochwirksam, was zu genau definierten kolloidalen ABn-Molekülen führte. In verwandten Teilprojekten wurden kolloidale Hybridmoleküle auf Basis von Silica-Mikropartikeln und Metallnanopartikeln hergestellt und eine mikrofluidische Strategie zur Herstellung anisotroper kolloidaler Moleküle entwickelt. Schließlich wurden im Projekt vielseitige photonische Kugeln auf Basis von Nanopartikelclustern hergestellt. Durch Modifikation mit Polymeren und Polymerbürsten wurden diese komplexen Kolloide in kompartimentierte Nanoreaktoren für Kaskadenreaktionen sowie selektive Sensoren und nanoporöse Membranen umgewandelt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Facile fabrication of highly controllable gating systems based on the combination of inverse opal structure and dynamic covalent chemistry. Nanoscale 2017, 9, 7268-7275
C. Wang, H. Yang, L. Tian, S. Wang, N. Gao, W. Zhang, P. Wang, X. Yin, G. T. Li
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/C7NR00881C) - Carbohydrate responsive surface adhesion based on dynamic covalent chemistry of phenylboronic acid and catechol containing polymer brushes. Angew. Chem. 2018, 130, 2499–2503; Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 2474–2478
S. Lamping, T. Otremba, B. J. Ravoo
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/anie.201711529) - Creation of nonspherical microparticles through osmosis‐driven arrested coalescence of microfluidic emulsions. Small 2019, 1903884
K. Feng, N. Gao, W. Zhang, K. Zhou, H. Dong, P. Wang, L. Tian, G. He, G. T. Li
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/smll.201903884) - Functionalization and patterning of self-assembled monolayers and polymer brushes using microcontact chemistry. Acc. Chem. Res. 2019, 52, 1336–1346
S. Lamping, C. Buten, B. J. Ravoo
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00041) - Responsive surface adhesion based on host-guest interaction of polymer brushes with cyclodextrins and arylazopyrazoles. Polymer Chem. 2019
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(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/C8PY01496E) - Urea-functionalized poly(ionic liquid) photonic spheres for visual identification of explosives with a smartphone. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 21078-21085
C. Liu, W. Zhang, Y. Zhao, C. Lin, K. Zhou, Y. Li, G. T. Li
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acsami.9b04568) - Multifunctional integrated compartment systems for incompatible cascade reactions based on onion-like photonic spheres. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 20605–20615
K. Zhou, T. Tian, C. Wang, H. Zhao, N. Gao, H. Yin, P. Wang, B. J. Ravoo, G. T. Li
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/jacs.0c00513) - Self-assembly of colloidal molecules based on host–guest chemistry and geometric constraints. Langmuir 2020, 36, 3924–3931
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(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.9b03891) - Polythiolactone-decorated silica particles – A versatile approach for surface functionalization, catalysis and encapsulation. Chem. Eur. J. 2021
D. Kurka, M. Niehues, S. Kudruk, V. Gerke, B. J. Ravoo
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/chem.202100547)
