Gold Nanopartikel mit ungesättigten Heteroatomliganden

Umfangreiche Forschung an Goldnanopartikel (GNP) wurde in den letzten Jahrzehnten auf Grund ihrer vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten als Katalysatoren in der organischen Synthese, oder in biomedizinischen Anwendungen zur Bildgebung oder als System zur gezielten Medikamentenverabreichung getätigt. Dieser Projektantrag beschreibt die Darstellung, Charakterisierung und Evaluation möglicher Anwendungen von Goldnanopartikeln welche durch pi-konjugierte Systeme stabilisiert werden. Diese Liganden sollten einen sehr starken Einfluss auf die Oberflächenplasmonenresonanz haben, welche eine der wichtigsten optischen Parameter dieser Systeme ist. Sowohl die HOMO-LUMO Aufspaltung, wie auch die Überlappung der Orbitale des Liganden und der GNP wird entscheidend für mögliche Anwendungen als lichtempfindliche Sensoren haben. Eine Verringerung der HOMO- LUMO Aufspaltung kann durch selektiven Austausch eines Kohlenstoffatoms mit schwereren Hauptgruppenelementen erzielt werden. Für diesen Zweck wird Phosphor zur Dotierung des pi-Sytems verwendet. Auf Grund der Diagonalbeziehung zu Kohlenstoff - wie in "Phosphorus, the carbon Copy" erläutert - wird teilweise sehr ähnliche chemische Reaktivität erwartet, jedoch übt das pi-Orbital der P=C Bindung eine starken Einfluss auf die HOMO-LUMO Aufspaltung aus. Darüber hinaus dient das eingeführte Phosphoratom als Koordinationsstelle zu den GNPs. Auf Grund der Tatsache, dass das Elektronenpaar am Phosphoratom direkten Einfluss auf das pi-System hat, wird ein deutlich gesteigerter Ladungstransport entlang des Kontaktes zwischen Ligand und GNP erwartet. Die Kombination dieser beiden Aspekte sollte schlußendlich zu neuen Nanomaterialen mit beispiellosen opto-elektronischen Eigenschaften führen. Ein Hauptaspekt dieser Arbeit wird die detaillierte Studie der physiko-chemischen Eigenschaften dieser Materialen sein. Morphologische Charakterisierung der GNPs durch Mikroskopie (z.B. SEM) werden ergänzt durch Untersuchungen an den koordinierten Liganden, z.B. Leitfähigkeitsmessungen (Strom-Spannungskurven) mit Hilfe von dielektrophoretisch getrappten GNPs in Nanolücken. Theoretische Betrachtungen (HF, DFT, MD) der freien Liganden im Vergleich zu den koordinierten Phosphanen (Konjugation der pi-Systeme, UV/Vis und Fluoreszenz-Spektren, 31P-NMR Verschiebungen, Orbitalüberlappung an der Ligand:GNP Brücke, Ladungsseperation, Lebenszeiten von angeregten Zuständen, ...) soll zu einem besseren Verständnis dieser Nanomaterialien führen. Die Stabilisierung von GNPs durch diese phosphorhaltigen pi-konjugierten Liganden könnte zu faszinierenden opto-elektronischen Eigenschaften der daraus resultierenden Materialen führen, welche schlussendlich in neuen Anwendungen von Gold Nanopartikeln im medizinischen Imaging-Bereich oder der opto-elektronischen, lichtempfindlichen Sensorik resultieren kann.