Charakterisierung einzelner Polymer-Nanopartikel via Impact Voltammetrie

• Antragsteller: Dr. Hatem Abdelhalim Amin
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 359331284

Wegen ihrer vielfältigen Anwendungen in der Forschung und Industrie haben Nanomaterialen in den letzten zwei Dekaden große technologische Wichtigkeit erlangt. Der globale Nanomaterialen Markt wurde in 2014 auf $3.4 Milliarden geschätzt, und es wird erwartet, dass es bis 2020 $11.8 Milliarden erreicht, was einer jährlichen Wachstumsrate von 23.1% entspricht. Polymer Nanopartikel (NPs) sind von besonderem Interesse wegen ihrer breiten Anwendungen in Drug Delivery, Solarzellen, Biosensoren und Korrosionsbeschichtungen.Obwohl die Elektrochemie gelöster Moleküle und Ionen intensiv untersucht worden ist, bleibt die Elektrochemie einzelner Nanopartikeln größtenteils unerforscht. Die zuverlässige Detektion von NPs ist eine signifikante Herausforderung wegen ihrer geringen Konzentration, der großen Reihe von molekularen Strukturen von organischen Stoffen, der Agglomeration, dem heterogenem Charakter und der Anwesenheit in komplexen Matrices.Jedoch besteht ein dringender Bedarf zur Charakterisierung von NPs aufgrund von Umwelt- und Gesundheitssorgen. Polymer-NPs wurden in der Regel vor allem durch die Ensemble-Methode untersucht. Allerdings ist die Überwachung der Lade/Entlade Prozesse in solchem Ensemble kompliziert, weil der Ladungstransfer und Massentransportprozesse überlagert sind, und nur geschätzt werden können. Außerdem kann diese Methode zu großen Ungenauigkeiten führen, da Partikel auf der Elektrode aggolomerieren können, so dass nur ein Teil von ihnen aktive ist.In diesem Projekt werden wir zeigen, wie die neu entwickelte Nanoimpact Methode verwendet wird, um die Lade- und Dotierungsprozesse von einzelnen Polymer-Nanopartikeln zu untersuchen. Nanoimpacts sind eine effiziente Methode, die sich als viel versprechend für die Untersuchung der Kinetik und Thermodynamik von NPs gezeigt hat. Diese Methode ermöglicht eine präzise und schnelle Bestimmung von Größe, Konzentration und Zusammensetzung von NPs. Dieses Projekt zielt auf die Charakterisierung einzelner NPs von leitenden Polymeren (z.B. PANI, PPy). Wichtige Informationen, wie beispielsweise die Dotierungsausbeute, Dopant Effekt, und Reversibilität der Dotierung werden aus dieser Messung bestimmbar sein, die durch andere spektroskopische Methoden schwer zu erhalten sind. Durch die Verknüpfung der Nanoimpact mit unabhängigen Größenbestimmungsmethoden (z.B. DLS) kann man entdecken, ob das komplette Partikel dotiert ist oder eine Art von Kern-Schale-Struktur vorliegt. Screening verschiedener Teilchengrößen ermöglicht es uns, die größte Partikelgröße zu identifizieren, die vollständig dotiert werden kann. Wir zielen auch auf ein besseres Verständnis der elektrochemischen Reaktionen am Interface ab, sowie der Untersuchung der Kinetik und dem Wachstumsmechanismus dieser NPs. Dieses Verständnis wird voraussichtlich erhebliche Auswirkungen auf neue Anwendungen haben.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Richard G. Compton