► Themenvorschläge zu Abschluss-Arbeiten

Chemische Stabilität von Oberflächenfunktionalisierungen an Nanopartikel-Oberflächen


Um anorganische Nanopartikel in verschiedenen Anwendungen verwenden zu können ist es notwendig ihre Oberfläche chemisch zu modifizieren. Dies geschieht herkömmlicherweise durch die Anbindung von so genannten Kupplungsreagenzien. Viele Materialeigenschaften sind abhängig von der Bindungsstärke der Ankergruppen an die Oberfläche von Partikeln. Diese ist analytisch schwer zu erfassen. Anhand von einfach erhältlichen Modell- systemen, wie z.B. Titandioxid als Nanopartikel und Kupplungsreagenzien auf Basis von Carbonsäuren, Alkoxysilanen und Phosphonaten, soll die Bindungsstärke mittels thermischer Analyse (Thermogravimetrie und Kopplungsmethoden) untersucht werden.


Fluoreszierende Quantum Dots als Marker in Nanokompositen

Anorganische Nanopartikel können sich in organischen Polymeren bewegen. Die Geschwindigkeit der Bewegung ist abhängig von dem Größenverhältnis zwischen Partikel und Polymer, der Temperatur und dem Polaritätsunterschied zwischen der Oberfläche der Partikel und der Polymermatrix. Mit herkömmlichen Methoden der chemischen Analytik ist die Bewegung der Partikel nicht sichtbar zu machen. Durch Anwendung der hochauflösenden konfokalen Mikroskopie, die in biologischen Proben bereits seit langem eingesetzt wird, ist es möglich über längere Zeiträume eine Bewegung von Partikeln zu detektieren. Im Rahmen der Bachelor-Arbeit sollen fluoreszierende Quantum Dots oberflächenfunktionalisiert und ihre Bewegung mittels der konfokalen Mikroskopie untersucht werden.


Mechanische Eigenschaften von Nanokompositen in Abhängigkeit der Oberflächenfunktionalisierung von Nanopartikeln

Nanopartikel sind ideale Bausteine für optisch transparente Polymer-basierte Materialien, mit denen beispielsweise die mechanischen Eigen- schaften oder der Brechungsindex des Komposits verändert werden können. Ein Problem ist die extreme Erhöhung der Sprödigkeit bei Einbringung von Nanopartikeln in Polymere, da diese als Vernetzer wirken. Durch chemische Anpassung der Oberflächengruppen kann diese negative Eigenschaft herabgesetzt werden. Dies gelingt beispielsweise durch eine gemischte Belegung der Oberfläche mit aktiven und passiven Vernetzer- gruppen oder durch eine „Grafting From“-Polymerisation von der Oberfläche. In der Bachelorarbeit sollen beide Methoden untersucht und die Eigenschaften der erhaltenen Nanokomposite verglichen werden.


Janus-Nanopartikel als grenzflächenaktive Substanzen

Nanopartikel, die nur auf einer Seite ihrer Oberfläche funktionalisiert sind, bezeichnet man als Janus-förmig. Durch spezielle Reaktionen an der Grenzfläche von zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten sind diese Partikel chemisch zugänglich. In dieser Bachelorarbeit soll die eine Seite der Oberfläche mit einem langkettigen hydrophoben Oligomeren belegt werden wodurch amphiphile Januspartikel entstehen. Anschließend soll das Selbstanordnungsverhalten bzw. die Mizellenbildung der Systeme in Suspension mittels dynamischer Lichtstreuung und Atomkraftfeldmikroskopie untersucht werden.


Batteriewerkstoffe auf der Basis von Li- und Na-Ionenleitern

Energiespeicherung ist eines der zentralen Themen der Zukunft. Eine Möglichkeit um Energie dezentral zu speichern sind Akkumulatoren auf der Basis von Li-Ionenleitern. Dabei werden häufig Kathodenmaterialien auf der Basis von LixCoO2 verwendet. Um Speicherkapazität oder Lebens- dauer zu erhöhen sind möglicherweise V-haltige Batteriepigmente geeignet. Deren Synthese und Eigenschaften sind noch nicht hinreichend bekannt. Vor Allem soll untersucht werden, inwiefern das Li durch das weniger toxische und besser verfügbare Na ersetzt werden kann, wie die entsprechenden Verbindungen hergestellt werden können und welche strukturellen Eigenschaften vorliegen.
Betreuer:
Robert Haberkorn


Synthese und thermische Alterung von Ca5(VO4)3X mit X=Cl,Br,I

Verbindungen mit Apatitstruktur verlieren bei höheren Temperaturen oft Metallhalogenid, wobei der Strukturtyp als Defektstruktur erhalten bleiben kann, ehe es zur Bildung von halogenärmeren Grundstrukturen kommt.
Dies kann durch die chemischen Gleichungen

2M5(BO4)3X  → 2M5-x(BO4)3X1-x + x MX2

2M5-x(BO4)3X1-x → 3M3(BO4)2 + (1-x) MX2

beschrieben werden. Für Ca5(VO4)3Cl wurde die resultierende Veränderung der Gitterparameter bei solcher thermischer Belastung bereits beschrieben, jedoch nicht mit einem quantitativen Verlust an CaCl2 korreliert. Das Verständnis der Toleranz des Apatit-Strukturtyps gegenüber Defekten hat auch Auswirkungen auf das Verständnis von Apatit als Biomineral.
Ziel der Untersuchungen ist es für Verbindungen Ca5(VO4)3X, wobei X ein Halogen ist, ausgehend von möglichst halogenreichen Edukten einen quantitativen Zusammenhang zwischen Gitterparametern, Kristallstruktur und Halogenverlust zu finden. Die experimentellen Befundekönnen mit theoretische Rechnungen ergänzt werden.
Betreuer: Robert Haberkorn

 

 

Bachelor und Masterarbeiten in der Emmy Noether-Nachwuchsgruppe Schäfer

In der unabhängigen Emmy Noether-Nachwuchsgruppe von Dr. André Schäfer sind jederzeit Bachelor und Masterarbeiten im Bereich der Elementorganischen Molekülchemie möglich. Der Fokus liegt hierbei auf der Synthese und Untersuchung von ansa-Verbindungen der p-Block Elemente.