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Nanocluster

Nanoteilchen aus Gold gruppieren sich selbständig zu kleinen Clustern

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Simulationen, Messungen und TEM-Mikroskopie

„Um die Messergebnisse zu verstehen, haben wir vorab im Computer durchgespielt, wie sich die Nanoteilchen in der Lösung verteilen könnten und dann die Ergebnisse der Simulation mit den Ergebnissen der Kleinwinkelstreuung verglichen“, erklärt Dr. Vikram Singh Raghuwanshi, der als Postdoktorand an der HU Berlin und am HZB arbeitet. Eine Aufnahme mit dem Kryo-Transmissionselektronenmikroskop, die ein Kollege an der HU anfertigte, bestätigte ihren Befund. „Mit der Elektronenmikroskopie alleine hätten wir dieses Resultat jedoch nicht erzielen können, da sie immer nur Details und Ausschnitte aus der Probe zeigen kann“, betont Hoell. „Um generelle Trends und Mittelwerte auszumessen, ist die Kleinwinkelstreuung unverzichtbar!“

Lösungsmittel mit besonderen Eigenschaften

Dass das besondere Lösungsmittel bei diesem Selbstordnungsprozess eine wichtige Rolle spielt, liegt für die Forscher auf der Hand: verschiedene Wechselwirkungen zwischen den Ionen des Lösungsmittels und den Gold-Partikeln sorgen dafür, dass die Nanopartikel erstens nur wenige tausend Atome stark werden und zweitens sich dann gegenseitig etwas anziehen, allerdings nur schwach, sodass die kleinen Cluster entstehen. „Wir wissen aber, dass solche kleinen Cluster aus Nanopartikeln als Katalysatoren für gewünschte chemische Reaktionen ganz besonders wirkungsvoll sind: Eine mehrfache Verstärkung der Reaktionsgeschwindigkeit nur aufgrund der Anordnung wurde schon nachgewiesen.“, sagt Rademann.

Experimente zur Katalysewirkung geplant

Dr. Raghuwanshi wird diese Ergebnisse und eine Vorschau auf die nun geplanten Forschungsansätze zur Katalyse nun auf der Internationalen Konferenz IUCr2014 vortragen, die vom 5.8. –12.8. 2014 Montreal, Kanada, stattfindet. Im kommenden Jahr wird das HZB übrigens Gastgeber für die 16. Internationale Kleinwinkelstreukonferenz, SAS2015 sein.

Originalpublikationen:

[1] Vikram Singh Raghuwanshi, Miguel Ochmann, Armin Hoell, Frank Polzer, and Klaus Rademann: Deep Eutectic Solvents for the Self-Assembly of Gold Nanoparticles: A SAXS, UV–Vis, and TEM Investigation. Langmuir, 2014, 30 (21), pp 6038–6046; DOI: 10.1021/la500979p

[2] V. S. Raghuwanshi, M. Ochmann, F. Polzer, A. Hoell and K. Rademann: Self-assembly of gold nanoparticles on deep eutectic solvent (DES) surfaces. Chem. Commun., 2014, 50, 8693-8696; DOI: 10.1039/C4CC02588A

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