Grundsteinstellung für künftig Anwendungen von hybridn Nanopartikel-Netzwerken mit NMR Untersuchungen ionischer Dynamik

01.01.2010 - 31.12.2011
Forschungsförderungsprojekt
Unter den außergewöhnlichen Entwicklungen ionischer Materialien im Nanobereich (NIMS) basieren zahlreiche organisch-anorganische Hybridmaterialien auf Imidazolium Verbindungen (HybrIm+). Solche Materialien erweisen sich als sehr aussichtsreich für viele verschiedene Anwendungen, z.B. für Katalyse, Lumineszenz oder als Elektrolyte. Angesichts der beiden wichtigsten Anwendungen für HyrdIm+ Verbindungen, nämlich Katalyse und Elektrolyte, sind grundlegende Untersuchungen von Wechselwirkungen zwischen Ionen, Organisation und Dynamik von entscheidender Bedeutung. Die Untersuchungen von Hybridmaterialien, bestehend aus Nanopartikeln verbrückt über kovalent gebundene ionische Gruppen MyOz/Im+/X, wurden vor mehr als einem Jahr auf der Technischen Universität Wien begonnen. Diese Studie war von der Notwendigkeit geleitet, dass das Auslaufen organischer Reste während der Verwendung von HyrdIm+ verhindert wird. Die hergestellten Materialien sind die Ersten, welche eine kovalente Assoziation zwischen dem aktiven Imidazoliumrest und einem anorganischen Rest, Silica oder Titania (letzteres spielt eine entscheidende Rolle hinsichtlich gezielter Applikationen wie z.B. Photokatalyse), vorweisen. Es wird durch den Einsatz eines "all-in-one" Materials neben einem synergetischen Effekt zwischen dem Metalloxid und der Imidazoliumeinheit auch eine mögliche substantielle Vereinfachung vieler Prozesse erwartet, im Gegensatz zu Nanokompositen, wo viele Teile assoziiert sind (z.B. Elektrolyte mit Titan- oder Silica Nanopartikeln). Diese Annahme basiert auf vielen Anhaltspunkten in der Literatur über das bemerkenswert vielversprechende Potenzial von NIMS oder Ion Gels. Darüber hinaus erscheint es sehr unwahrscheinlich, oder sogar unrealistisch, Materialien für spezielle Anwendungen zu entwickeln ohne deren genauen Eigenschaften zu verstehen. Dies bestätigt die Notwendigkeit, neben den physikochemischen Eigenschaften der Materialien sowohl die ionischen Wechselwirkungen, als auch die Dynamik des Systems zu untersuchen, um bestmögliche Kandidaten für beispielsweise Leitfähigkeitsanwendungen herzustellen. Die Festkörper-Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) ist mittlerweile als perfektes Werkzeug zur Untersuchung komplexer Materialien etabliert. Hierbei können alle NMR Wechselwirkungen (sowohl chemische Verschiebungen als auch di- und quadropolare Interaktionen) zweckdienlich zur Aufklärung der Struktur und Dynamik gegebener Systeme eingesetzt werden. Durch den Einsatz von variabler Temperatur, die Messung von Austauschexperimenten, die Analyse der Linienform oder zeitabhängige Relaxationsmessungen ist Festkörper-NMR-Spektroskopie besonders für dynamische Systeme geeignet. Daraus folgernd kann dieses Verfahren als eine adäquate Multi-Zeitskalen-Methode angesehen werden, welche für die Studie von Mobilität und Dynamik in komplexen Systemen angemessen ist. Die grundlegenden Ziele dieses Antrags lauten daher wie folgt: ¿ Erstens die leitenden Einheiten in einem System, basierend auf HybrIm+ zuzuordnen ¿ Und zweitens festzustellen, mit welcher Zusammensetzung - Nanopartikel und ionische Liganden - sich die beste Entsprechung hinsichtlich ionischer Dynamik feststellen lassen. Die Ergebnisse aus diesen zwei Fragestellungen sollten den Grundstein für eine zukünftige gezielte Entwicklung von MyOz/Im+/X Hybridmaterialien legen.

Personen

Projektleiter_in

Institut

Förderungmittel

  • OeAD-GmbH - Agentur für Bildung und Internationalisierung (National) Österreichischer Austauschdienst (ÖAD)

Schlagwörter

DeutschEnglisch
hybrid materialienhybrid materials
nanopartikelnnanoparticles
imidazoliumimidazolium
Nuclear Magnetic ResonanceMagnetische Kern Resonanz
dynamicdynamik

Publikationen