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Untersuchungen zum Ladungsaufbau und pH-Wert in Silicamesoporen

Brilmayer, Robert Anton Paul (2020):
Untersuchungen zum Ladungsaufbau und pH-Wert in Silicamesoporen.
Darmstadt, Technische Universität, DOI: 10.25534/tuprints-00012828,
[Ph.D. Thesis]

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Text
Dissertation Robert Brilmayer-2020-07-20.pdf
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Untersuchungen zum Ladungsaufbau und pH-Wert in Silicamesoporen
Language: German
Abstract:

Das Hauptziel dieser Arbeit ist das Verständnis von Ladungssituationen in nanoskaligen Poren. Auf der Nanoskala können Porengrößen nahe der Debye-Länge liegen, was zu starken Wechselwirkungen zwischen Oberfläche und Molekülen führt. Aus diesem Grund kann der apparente pH-Wert in diesen Dimensionen stark vom einstellbaren Lösungs-pH-Wert abweichen. Der confinement-Effekt spielt eine entscheidende Rolle für die Infiltration in Nanomaterialien und führt oft zu extremeren pH-Bedingungen innerhalb der Mesoporen verglichen zu freier Lösung. Um ein besseres Verständnis über den apparenten pH-Wert in Mesoporen zu erhalten, werden systematische Untersuchungen hinsichtlich der Funktionalisierung und der Ionenstärke auf Transport und pH-Wert durchgeführt. Hierzu werden mesoporöse Silicafilme mit den pH-responsiven Polymeren Poly(2-dimethylamino)ethylmethacrylat (PDMAEMA), Poly(2-Phosphonoxy)ethylmethacrylat (PMEP) und dem PDMAEMA-b-PMEP-Blockcopolymer modifiziert. Diese modifizierten Silicamaterialien werden dann verwendet, um die pH-abhängige Permselektivität zu untersuchen und so indirekt den apparenten pH-Wert mittels Cyclovoltammetrie zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Verzögerung des Ladungsaufbaus innerhalb der Mesoporen. Als weitere Strategie werden pH-responsive Farbstoffe kovalent an Silicamesoporen angebunden. Die funktionalisierten Silicamesoporen können dann dann verwendet werden, um den Unterschied zwischen dem pH-Wert in Lösung und in verschiedenen funktionalisierten Mesoporen mit optischen Methoden direkt zu bestimmen. Abhängig von der Ionenstärke des Hintergrundelektrolyten kann sich der apparente pH-Wert in Silicamesoporen im Vergleich zur freien Lösung um mehr als eine pH-Einheit unterscheiden.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
This main goal of this work is to understand charge situations in nanoscale pores. At the nanoscale, pore sizes can be close to the Debye length, leading to strong interactions between surface and molecules. For this reason, the apparent pH-value in those dimensions might strongly differ from the adjustable bulk pH-value. This confinement effect plays a crucial role towards the infiltration in nano materials and often results in harsher pH-conditions within the mesopores as compared to bulk solution. To obtain a better understanding of the apparent pH-value in mesopores, systematic investigations with respect to the functionalization and ionic strength on transport and pH-value are performed. Modification of mesoporous silica films with the pH-responsive polymers poly(2-dimethylamino)ethyl methacrylate (PDMAEMA), poly(2-phosphonoxy)ethyl methacrylate (PMEP) and PDMAEMA-b-PMEP block copolymer is carried out. Those modified silica materials are then used to investigate the pH-dependent permselectivity and thus indirectly measure the apparent pH-value using cylic voltammetry. The results clearly show a significant delay towards the charge generation inside the mesopores. In a second approach pH-sensitive fluorophores are attached to silica mesopores. The resulting material is then used to directly monitor the difference between the pH-value in bulk and in different functional mesopores using optical methods. Depending on the ionic strength of the background electrolyte the apparent pH-value in nanopores can shift more than 1 pH-unit as compared to the bulk solution.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: 07 Department of Chemistry > Fachgebiet Makromolekulare Chemie
Date Deposited: 11 Aug 2020 13:55
Last Modified: 11 Aug 2020 13:55
DOI: 10.25534/tuprints-00012828
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-128285
Referees: Andrieu-Brunsen, Prof. Dr. Annette and Biesalski, Prof. Dr. Markus
Refereed: 13 July 2020
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/12828
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