Untersuchung transienter Transportprozesse unter Verwendung einzelner Goldnanoporen als Modell-Systeme

• Antragstellerin: Dr. Maria Eugenia Toimil-Molares
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509491635

In Projekt werden einzelne Ionenspur-geätzte-Nanokanäle mit maßgeschneiderter Geometrie, Durchmesser, Länge und Oberflächenladung in Polymer hergestellt und anschließend als Modellsysteme verwendet, um systematisch zu untersuchen, wie transiente Transportprozesse durch jeden dieser Parameter beeinflusst werden. Asymmetrische Nanokanäle mit kontrollierten Oberflächenladung weisen mehrere bemerkenswerte Eigenschaften auf, wie z. B. Gleichrichtung des Ionenstroms, Ionenselektivität und Ionenstrom-Gating durch externe Auslöser wie pH-Wert, Temperatur, Licht oder Ionenkonzentration auf. Das Anlegen einer externen Spannung an ein gut definiertes leitfähiges "Gate" ermöglicht die lokale Veränderung kritischer Längen (Debye-Schichtdicke und Dukhin-Länge) und stellt somit die geeignetste und vielversprechendste Lösung für technologische Anwendungen dar. In diesem Projekt werden einzelne Nanokanäle in Polymer mit leitfähigen Goldschichten und porösem Gold modifiziert, um eine Spannungs-kontrollierte Aufladung der Goldoberfläche zu ermöglichen. Dies ermöglicht uns zu untersuchen wie der Ionen- und Massentransport durch die externe Modulation der Debye-Schichtdicke und der Dukhin-Länge beeinflusst wird. Die geplanten Experimente ermöglichen es uns insbesondere, zeitabhängige Spannungssignale unter Verwendung verschiedener Nanokanalkonfigurationen (z. B. Au-beschichtete Nanokanäle und poröses Au im Inneren des Nanokanals) anzulegen und die experimentellen Parameter systematisch zu variieren (Kanalgeometrie und -größe, Elektrolytzusammensetzung und -konzentration, Amplitude und Frequenz des Spannungssignals). Die Wahl des Elektrolyten basiert auf dem Vorhandensein von Ionen mit unterschiedlichen Ladungen und/oder Diffusivitäten. Diese Experimente sind besonders wichtig für die Realisierung der theoretisch vorhergesagten transienten Nanoporen und für künftige Anwendungen in effizienteren Membrantrennverfahren. Daher wird sich das Projekt in Phase 1 auf die Untersuchung und das Verständnis der zeitabhängigen Transporteigenschaften von einzelnen Au-basierter Nanokanäle konzentrieren. In Phase 2 wird dieses Know-how auf Multikanal-Membranen und spezifische Trennprozesse angewandt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5584: Transiente Siebe