Goldkettchen mit Palladium
Copolymerisation metallischer Nanopartikel zur Herstellung kolloidaler plasmonischer Polymere
Verschiedene Moleküle können zu gemeinsamen Ketten copolymerisieren; auch Nano-Teilchen, sogenannte kolloidale Partikel, können zu hybriden Nanostrukturen copolymerisieren. Die Reaktionen laufen sehr ähnlich ab, was man sich für fundamentale Studien von Copolymerisationsreaktionen nutzen will. Vor allem aber sind kolloidale Polymere interessant für die Entwicklung hochkomplexer Nano-Systeme. Ein chinesisch-nordamerikanisches Team berichtet in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt von der Copolymerisation verschieden großer Nanostäbchen aus Gold sowie von Gold- und Palladiumnanostäbchen.
Was Polymere aus Metall-Nanopartikeln besonders interessant macht, sind ihre Plasmonen – quantisierte Schwankungen der Ladungsträgerdichte, die auf der kollektiven Anregung freier Elektronen zu Plasmaschwingungen beruhen. Lange Ketten aus Metall-Nanopartikeln, sogenannte plasmonische Polymere, zeigen eine starke Wechselwirkung zwischen den Plasmonen der einzelnen Bausteine. Copolymer-Ketten aus Nanopartikeln mit verschiedenen Größen, Formen und Zusammensetzungen sind sogar noch interessanter, da sie noch mehr Freiheiten beim Einstellen der Eigenschaften plasmonischer Polymere – oder sogar den Zugang zu neuartigen Charakteristika – eröffnen. Potenzielle Anwendungen könnten z.B. noch kleinere Computerchips, verbesserte Nanoantennen und Sensoren sowie Fortschritte bei der optischen Datenverarbeitung sein.
Die Forscher von den Universitäten Jilin (China), Toronto (Kanada) und North Carolina (USA) haben jetzt Methoden entwickelt, wie man Strategien der molekularen Copolymerisation auf die Co-Assemblierung von Nanostäbchen verschiedener Größe und Zusammensetzung anwenden kann. Das Team um Kun Liu und Eugenia Kumacheva arbeitet dabei mit Gold-Nanostäbchen als Bausteinen, deren Enden mit Polystrol-Ketten bestückt werden. Bei Zugabe von Wasser zu dem organischen Lösungsmittel, in dem die Nanostäbchen suspendiert sind, lagern sich die schlecht wasserlöslichen Polystyrol-Enden fest zusammen und verbinden so die Nanostäbchen zu langen Polymerketten. Dieser Ansatz wurde ausgeweitet auf die Co-Assemblierung von zufälligen und Block-Copolymeren verschieden langer Goldnanostäbchen sowie zufälliger Copolymere aus Gold- und Palladium-Nanostäbchen. (Zufällige Copolymere enthalten verschiedene Monomere in zufälliger Reihenfolge, bei Block-Copolymeren enthält die Polymerkette größere Bereiche aus jeweils nur einem Monomeren.)
Es gelang den Forschern, ein Modell der Reaktionen aufzustellen, das bestehende kinetische Theorien für molekulare stufenweise Copolymerisationsreaktionen bestätigte und erweiterte. Die erhaltenen kolloidalen Polymere liefern zudem ein ausgezeichnetes Modellsystem für die grundlegende Untersuchung plasmonischer Eigenschaften, etwa spezieller Modi, die durch die Asymmetrie von Nanostrukturen mit ungleichmäßig verteilten Bausteinen verursacht werden.
Originalveröffentlichung
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