Forschungsgebiete
Funktionale Kohlenstoff-Nanomaterialien auf der Basis von Diamant und mehrschaligen Fullerenen
Unsere Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung verschiedener Kohlenstoff-Nanomaterialien. Wir stellen diese Materialien her, charakterisieren ihre Eigenschaften und arbeiten an der kontrollierten Oberflächenmodifizierung, um Konjugate für eine breite Palette von Anwendungen bereitzustellen.
Nanodiamant und die Klasse der sog. Kohlenstoff-Zwiebeln und Bucky Diamonds (Nanozwiebeln – auch Multishell-Fullerene genannt – bestehen aus mehreren Fullerenen, die mit nach außen größer werdender Atomzahl konzentrisch angeordnet sind) sind in den letzten Jahren auf großes Interesse gestoßen, da sich zahlreiche neue Applikationen ergeben haben, was durch eine erhebliche Zahl von Publikationen belegt ist.
Das Interesse stammt u.a. von der geringen Größe (wenige Nanometer) der Objekte, die sich dadurch in ihren Eigenschaften z.T. erstaunlich von Bulk-Materialien unterscheiden. Auch die Krümmung der Oberfläche, vorhandene Gitterdefekte und Übergangsbereiche zwischen den klassischen Formen Diamant (sp3) und Graphit (sp2) tragen zu den ungewöhnlichen Eigenschaften bei.
Besonders die chemische Inertheit und die mechanische Stabilität, in Verbindung mit den erwarteten interessanten elektronischen Eigenschaften tragen zur Faszination dieser neuartigen Kohlenstoffmaterialien bei. Weitere Eigenschaften wie die große Oberfläche, die inhärente Fluoreszenz aus Gitterdefekten und die spezifische Reaktivität der Partikeloberfläche machen diese Materialien zu attraktiven Forschungsobjekten. Ein wesentliches Arbeitsgebiet hat sich in letzter Zeit mit der Anwendung der nicht bleichenden, nicht blinkenden Lumineszenz aus Gitterdefekten im Bereich des Bioimaging herausgebildet.
Das Ziel unserer Arbeit ist die Herstellung, Reinigung und Charakterisierung funktionalisierter Kohlenstoff-Nanomaterialien. Dabei entwickeln wir u.a. effiziente kolloidchemische Verfahren zur Produktion monodisperser Kohlenstoff-Nanopartikel und ihrer kolloidalen Lösungen. Darüber hinaus beschäftigen wir uns mit der Oberflächenfunktionalisierung dieser Nanopartikel. Die Umsetzung mit organischen und biologischen Funktionsmolekülen führt zu neuartigen Materialien mit sehr variabel einstellbaren chemischen, mechanischen und elektronischen Eigenschaften. Besonders Nanodiamant mit auf der Oberfläche angebundenen Biomolekülen wird für Anwendungen im Bereich des Drug Delivery und des Sensing untersucht. Andere Projekte beschäftigen sich mit der Anbindung von Reagenzien, Katalysatoren, Enzymen und Initiatorgruppen. Aufgrund der Biokompatibilität und der chemischen Inertheit der resultierenden Addukte ist Nanodiamant ein viel versprechender Kandidat für verschiedene in vitro und in vivo-Anwendungen.
Zu Charakterisierung unserer Materialien verwenden wir eine Reihe von Techniken, die entweder direkt in der Gruppe verfügbar sind oder aber an der Universität Würzburg durch Kooperationen zur Verfügung stehen. Dazu gehören HRTEM, EELS, EDX, XPS, XRD, FTIR, UV/Vis, TGA, NMR, die Verbrennungsanalyse sowie weitere speziellere Techniken.
Wir arbeiten außerdem an der synthetischen und rechnerischen Behandlung verschiedener Oberflächenstrukturen auf Nanodiamant und an entsprechenden definierten Molekülmodellen, um den Einfluss von Krümmungen und Anbindung verschiedener organischer und metallorganischer Einheiten auf die elektronischen Eigenschaften zu untersuchen.
