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RESEARCH PRODUCT

Reversible Selbstorganisation von Metallchalkogenid-Metalloxid- Nanostrukturen basierend auf dem Pearson-Konzept

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&Titel gek rzt. OK?& Die Nanotechnologie hat ein Entwicklungsstadium erreicht, in dem nicht mehr einzelne Nanopartikel, sondern komplexere Systeme im Fokus des Interesses stehen. Solche Strukturen bestehen aus zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien, wie Metall-HalbleiterHybride, die die Eigenschaften beider Materialien effektiv vereinen. Der Aufbau von Nanopartikeln aus mehreren Komponenten mit unterschiedlichen optischen, elektronischen, magnetischen oder chemischen Eigenschaften kann zu neuartigen Funktionalit ten f hren, die unabh ngig von den einzelnen Komponenten masgeschneidert werden k nnen, um spezifischen Anforderungen zu gen gen. M gliche Anwendungen liegen in Gebieten wie der Umwandlung von Solarenergie, biologischen Sensoren, mechanischen und optischen Bauelementen sowie Methoden f r Wirkstofftransport und medizinische Diagnostik. Eine besondere Herausforderung ist der Aufbau von hierarchischen Strukturen aus einzelnen Nanopartikeln. Nanor hren (NT-MQ2) [7] und Zwiebelschalen-Fullerene (IFMQ2) [8] aus schichtf rmigen Metallchalkogeniden sind die anorganischen Analoga zu Kohlenstoffnanor hren und -fullerenen. Sie haben teilweise auch vergleichbare mechanische und elektronische Eigenschaften. Ihre physikalischen Eigenschaften lassen sich aufgrund ihrer Kristallstruktur verstehen. Die MQ2-Schichten werden lediglich durch Van-der-Waals-Wechselwirkungen zusammengehalten. Die sterische Abschirmung der Metallatome durch die Chalkogenschichten sch tzt vor einem nukleophilen Angriff durch Sauerstoff oder organische Liganden und bedingt so die hohe Reaktionstr gheit und schlechte Funktionalisierbarkeit. Durch den Einsatz chalkophiler bergangsmetalle im Kombination mit mehrz hnigen Oberfl chenliganden wurden erhebliche Fortschritte erzielt: Die 3d-Metalle „benetzen“ die Schwefeloberfl che der Chalkogenidnanopartikel, w hrend der mehrz hnige Ligand die Koordinationssph re des Metallatoms nach ausen hin blockiert. Diese Abschirmung verhindert eine Vernetzung der Chalkogenidnanopartikel. Die F higkeit, Aggregate aus unterschiedlichen Nanopartikeln zu bilden, h ngt von der chemischen Modifizierbarkeit der Partikeloberfl che unter Bildung spezifischer Bindungen ab. Ein difunktionelles organisches Verkn pfungsmolek l mit spezifischen Ankergruppen f r jeweils beide Arten von Nanopartikeln wird zun chst mit einer seiner Ankergruppen an die Oberfl che der einen Partikelsorte gebunden. Anschliesend wird die zweite Ankergruppe f r die Anbindung der anderen Partikelkomponente genutzt. Das Ziel ist dabei die Anbindung einer definierten Zahl an Ligandenmolek len bei gleichzeitiger Vermeidung der Aggregation durch unspezifische Wechselwirkungen mit Oberfl chen und anderen Partikeln in L sung. Dazu m ssen die Nanopartikel mit einer Schutzh lle stabilisiert werden, die gleichzeitig chemische Ankerpunkte f r die Modifizierung enth lt. Diese kovalente chemische Anbindung gew hrleistet eine hohe Stabilit t in verschiedenen L sungsmitteln und in Gegenwart von Ionen. Die gegenw rtigen Strategien f r die Funktionalisierung von Nanopartikeln beruhen 1) auf der nichtkovalenten Physisorption von LinkerMolek len auf der Partikeloberfl che, 2) auf der elektrostatischen Anlagerung einer zus tzlichen Polymerschicht oder 3) auf kurzen difunktionellen Konnektoren. Diese Verfahren f hren in der Regel zu geringen Ausbeuten oder geringen Oberfl chenbedeckungen. &ok?& Alternativ k nnen Nanopartikel durch nasschemische Synthesemethoden direkt auf Nanor hren aufgebracht werden. Kolloidale Nanopartikel k nnten aufgrund ihrer S ure/Base-Eigenschaften, funktioneller Gruppen oder Pearson-H rte eine Bindungsaffinit t hinsichtlich der Nanor hrenoberfl che aufweisen, sodass eine Anbindung ohne die Hilfe von Linker-Molek len m glich w rde. Hier stellen wir eine neue Strategie auf der Basis des HSAB-Prinzips von Pearson vor, welche die Bildung