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Grüne Stromlose Synthese von Gold, Palladium und Platin Nanostrukturen

Felix, Eva-Maria :
Grüne Stromlose Synthese von Gold, Palladium und Platin Nanostrukturen.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2016)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Grüne Stromlose Synthese von Gold, Palladium und Platin Nanostrukturen
Language: German
Abstract:

In der modernen Materialwissenschaft gewinnt der Bereich der Nanotechnologie immer mehr an Bedeutung, wobei das Hauptaugenmerk auf den Anwendungsbereichen der Elektronik, Katalyse, Energiegewinnung und Sensorik liegt. Die traditionelle und etablierte Synthesemethode der stromlosen Metallabscheidung bietet die Möglichkeit Metall Nanoröhren herzustellen. Die Verwendung von Polymer Folien als Template ermöglicht die Variation des Porendurchmessers und der Länge der Nanoröhren. Die Bestrahlung der Polymertemplate mit schweren Ionen erzeugt Schadenszonen im Polymer. Die Schadenzonen können über einen Ätzprozess zu Poren ausgeweitet werden. Mit Hilfe der Syntheseschritte der Sensibilisierung- und Aktivierung werden Silber Keime auf die Oberfläche des Polymers aufgebracht, die für eine Metallabscheidung innerhalb der Poren nötig sind. In den traditionellen Synthesen der Nanoröhren werden häufig gefährliche und giftige Chemikalien (Cyanide, Hydrazin oder Natriumborhydrid) eingesetzt. Die Sensibilisierung und Aktivierung beruht ebenfalls auf ätzenden und umweltschädlichen Chemikalien. An diesem Punkt knüpft die Aufgabenstellung dieser Arbeit an. In den letzten 20 Jahren wurde die chemische Gemeinschaft dazu aufgerufen neue Synthesewege für Chemikalien zu entwickeln, die weniger schädlich für den Menschen und dessen Umwelt sind. Diese Konstruktionsphilisophie ist bekannt unter dem Begriff Grüne Chemie und im Vordergrund steht das Designen von chemischen Prozessen. Das Konzept beinhaltet ebenfalls Hilfsmittel, wie die Chemie in einem umweltfreundlichen Sinne gestaltet werden kann. Die 12 Prinzipien der Grünen Chemie sind Richtlinien für Chemiker damit das Ziel der Umweltfreundlichkeit erreicht werden kann. Der erste Teil dieser Arbeit kombiniert die Nanotechnologie mit der Grünen Chemie. Basierend auf den 12 Prinzipien der Grünen Chemie wird die traditionelle Methode modifiziert und die giftigen Chemikalien gegen ungiftige ersetzt. Drei weitere Prinzipien werden ebenfalls umgesetzt: Abfallverminderung, Atom Ökonomie und Energieeffizienz. Mit Hilfe dieser umweltfreundlichen Abscheidungslösungen werden Gold, Palladium und Platin Nanoröhren hergestellt. Die synthetisierten Strukturen von Gold und Palladium Nanoröhren zeigen vielversprechende Eigenschaften als weiterentwickelte Katalysatoren. Deren katalytische Eigenschaften werden in der Modellreaktion der Reduktion von 4- Nitrophenol zu 4-Aminophenol mithilfe von Natriumborhydrid getestet. Die Gold Nanoröhren können ebenfalls als Elektrokatalysator eingesetzt werden. Ihre exzellenten Eigenschaften werden in der elektrochemischen Detektion von Wasserstoffperoxid deutlich. Die Palladium und Platin Nanoröhren werden in einem Methanol und Ethanol Prozess getestet. Der zweite Teil dieser Arbeit beschreibt die Verwendung der hergestellten als Glucose Sensoren. Der letzte Teil befasst sich mit Biotemplaten. Nachdem die Synthesen optimiert wurden, wird eine Alternative zur Polycarbonat Folie gesucht. Neben Baumwollfasern und Blättern ist es möglich das Biopolymer Polylactide mit einem Metallfilm zu beschichten. Die Polylactid Folie wurde auf ihre Beständigkeit in unterschiedlichen Lösungsmitteln getestet. Desweiteren konnte die Polylactid Folien in Rossendorf mit schweren Ionen bestrahlt werden, sodass erste Experimente zum Ätzverhalten in verschiedenen Lösungsmitteln durchgeführt wurden. Hierbei wurde versucht bei geringen Temperaturen und Konzentrationen der Ätzlösungen zu arbeiten um die grünen Prinzipien auch hier umzusetzen.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In modern materials science the field of nanotechnology is gaining more importance with regard to application areas such as electronic, catalysis, energy conversion and sensing. The traditional and well-established synthesis method of electroless plating offers a facile synthesis route to high-aspect ratio metal nanotubes. By using polymer foils as templates it is possible to vary pore diameter and length of nanotubes. The irradiation with heavy ions produces tracks inside the polymer. These tracks can be etched to pores with an etching solution. After the sensitisation and activation the polymer surface is covered with silver seeds which are necessary for a metal deposition inside the pores. The traditional process often uses hazardous and toxic chemicals (cyanide, hydrazine or sodium borohydride). Even in the sensitisation and activation acidly and polluting chemicals are involved. Over the last 20 years, the chemistry community has been appealed to develop new synthesis routes for chemicals which are less hazardous to human health and the environment. This concept also includes tools for instructing how to do chemistry in a more environmentally benign. The most important aspect of Green Chemistry is the concept of design. The 12 Principles of Green Chemistry are design rules to help chemists achieve the international goal of sustainability. The first part of the here presented work combines nanotechnology with Green Chemistry. Based on the 12 Principles of Green Chemistry the traditional method can be modified by exchanging the toxic chemicals by non hazardous substances. Furthermore, three other principles can be fulfilled: waste prevention, atom economy and energy efficiency. The replacements lead to sustainable plating solutions for the synthesis of well-defined gold, palladium and platinum nanotubes. The synthesized structures of gold and palladium nanotubes are promising for the application as advanced catalysts, as shown by application in a model reaction of 4-nitrophenol to 4-aminophenol by sodium borohydride. Furthermore, gold nanotubes can be used as advanced electrocatalysts. Their excellent performance is shown in the electrochemical detection of hydrogen peroxide. The palladium and platinum nanotubes were tested in the methanol and ethanol oxidation process. The second part describes the use of nanomaterials for glucose detection. The prepared samples were tested as glucose sensors and compared to results in literature. The last part is concerned with biotemplates. After the synthesis optimation a biological alternative is searched for polycarbonat. Beside wool and leaves it is possible to cover the biopolymer polylactide with a metal film. The resistance of polylactid in different solvents is tested. The polylactide foils were irradiated with heavy ions in Rossendorf and first experiments in the etching behaviour in different solvents were done. To fulfil the green principles it is examined if it is possible to work under ambient conditions and with low solvent concentrations.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science
11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science > Material Analytics
Date Deposited: 01 Mar 2016 07:30
Last Modified: 01 Mar 2016 07:30
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-53402
Referees: Ensinger, Prof. Dr. Wolgang and Schneider, Prof. Dr Jörg J.
Refereed: 15 February 2016
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/5340
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