Anwendungen von Single-Source-Precursoren und porösem anodischem Aluminiumoxid in der Synthese anorganischer Nanostrukturen

Abstract

Im ersten Teil dieser Dissertation wird eine Syntheseroute für nanokompositische Gold-Blockcopolymer-Fasern vorgestellt. Mesoporöses anodisches Aluminiumoxid fungiert dabei als hartes Templat für die Bildung der Nanofasern und Goldmesitylen als Single-Source-Precursor für die Gold-Nanopartikel. Auf der Basis transmissionselektronenmikroskopischer und spektroskopischer Untersuchungsergebnisse werden die einzelnen Schritte der Bildung und Anordnung der Nanopartikel in den Polymerfasern vorgestellt und diskutiert. Als weitere Fragestellung dieser Arbeit wird die Untersuchung fluorierter metallorganischer Blei(II)-Verbindungen als Single-Source-Precursoren für kubisches Bleifluorid beschrieben. Es werden systematische Untersuchungen zur Thermolyse der Precursorverbindungen vorgestellt. Die relativen Stabilitäten der kubischen und der orthorhombischen Modifikation von Bleifluorid bei Normalbedingungen sind in der Literatur umstritten. Die in dieser Arbeit beschriebenen Untersuchungen zur precursorgestützten Bleifluorid-Synthese deuten daraufhin, dass die kubische Modifikation thermodynamisch leicht begünstigt sein könnte. Basierend auf der Templatfunktion von porösem Aluminiumoxid wird eine einfache Möglichkeit zur Synthese erbiumdotierter Yttriumoxid-Nanoröhren vorgestellt. Durch Infiltration und Thermolyse von Yttrium- und Erbiumnitrat in porösem Aluminiumoxid können Nanoröhren mit einheitlichem Durchmesser, hohem Aspektverhältnis und einer homogenen Erbiumdotierung hergestellt werden. Die bei 500 °C calcinierten Proben besitzen nur schwache Kristallinität und zeigen dennoch das Phänomen der Energy-Upconversion-Photolumineszenz. Neben dem Einsatz als harte Template wird die Verwendung von Aluminiumoxidmembranen in der Feuchtesensorik untersucht. Es wird eine Präparationsroute beschrieben, mithilfe derer 18-karätige Blattgoldfilme auf der Ober- und Unterseite der Membranen aufgebracht und durch einen Entlegierungsschritt in poröse, elektrisch leitende Goldelektroden umgewandelt werden können. Auf der Basis impedanzspektroskopischer Messungen wird die Eignung der beschichteten Aluminiumoxidmembranen als Feuchtesensoren diskutiert. In the first section of this thesis a synthetic approach towards nanocomposite gold-block copolymer nanofibres is presented. Mesoporous anodic alumina serves as hard template for the formation of nanofibres and gold mesitylene as single-source-precursor for the gold nanoparticles. Based on the results of transmission electron microscopic and spectroscopic investigations the formation and ordering process of the gold nanoparticles inside the polymer fibres is presented and discussed. As further topic of this thesis the investigation of fluorinated organometallic lead(II) compounds as single-source-precursors for cubic lead fluoride is described. Systematic investigations of the thermolytic precursor decompostition are presented. The relative stabilities of the cubic and the orthorhombic lead fluoride modification are discussed intensively in the literature. The investigations on the precursor-assisted lead fluoride synthesis described in this thesis suggest that the cubic modification might be thermodynamically favoured. Using porous alumina as hard template a straightforward synthetic access to erbium doped yttria nanotubes is presented. By infiltration of erbium and yttrium nitrate into alumina templates, followed by thermolysis of the precursor, nanotubes with regular diameters, high aspect ratios and homogeneous erbium doping can be obtained. The samples calcined at 500 °C exhibit only weak crystallinity but nevertheless show up-converted fluorescence. Besides their applications as hard templates the use of alumina membranes in humidity sensing is investigated. A preparation method for the coating of alumina membranes with 18 carat gold films and their transformation to porous gold layers by dealloying is described. Based on impedance spectroscopic measurements the applicability of gold-coated alumina membranes as humidity sensors is discussed.