Synthese und Charakterisierung neuartiger Hybridmaterialien aus Polymer-geschützten Goldnanopartikeln

In dieser Arbeit wurden Synthese und Charakterisierung Polymer-stabilisierter Goldnanopartikel gezeigt. Die Polymere wurden dabei nach unterschiedlichen Konzepten auf der Oberfläche der Goldnanopartikel fixiert. Die Koordination erfolgte sowohl über die Polymerendgruppe, als auch über funktionelle Gruppen der Polymerhauptkette. Die Hauptkettenkoordination wurde sowohl durch kommerziell erhältliche Polymere realisiert, als auch durch Polymerisation kleiner Liganden auf der Partikeloberfläche. Im Fall der Endgruppenkoordination wurden maßgeschneiderte Monomere verwendet, an die der Naturstoff Menthol angebunden war. Diese wurden mittels ATRP mit einem Disulfid-haltigen Coinitiator kontrolliert polymerisiert, so dass ein Polymerhauptketten-gebundener Naturstoff mit Disulfidbrücke in der Kettenmitte entstand. Durch anschließende Zugabe von Tetrachlorgoldsäure wurden durch Zutropfen eines Reduktionsmittels Goldnanopartikel erzeugt, die durch die schwefelhaltige Funktionalität der Polymerkette koordiniert wurden. Dabei konnte nicht abschließend geklärt werden, ob in situ eine reduktive Spaltung der Disulfidbrücke stattfand, was zur Bildung von Thiolen geführt hätte, oder ob das Disulfid erhalten blieb und als solches die Goldoberfläche koordiniert. Die Charakterisierung der Nanopartikel mittels GPC deutet darauf hin, dass ein dynamisches Gleichgewicht zwischen freiem und Partikel-gebundenem Polymer vorliegt. Die Schützung von Goldnanopartikeln durch Polymerhauptkettenkoordination wurde zuerst an einem einfachen Beispiel durchgeführt. Hierzu wurden Citrat-stabilisierte Goldnanopartikel im wässrigen System hergestellt und durch Zugabe von PVA gegen Aggregation beim Verdampfen des Lösungsmittels geschützt. Die so hergestellte hochkonzentrierte Goldnanopartikeldispersion mit ca. 50 wt % Gold wurde zum Elektrospinnen verwendet. Die dabei erhaltene PVA-Fasern mit hohem Goldgehalt konnten durch thermisches Entfernen der Polymermatrix in Goldnanodrähte überführt werden. Analytik mittels TEM und HIM zeigte kontinuierliche, kristalline Drähte mit einem Durchmesser im Bereich von 30 – 200 nm, deren elektrische Leitfähigkeit an einigen Defektstellen unterbrochen war. Der weiter entwickelte Ansatz zur Schützung der Partikel durch Koordination der Polymerhauptkette wurde durch Polymerisation von Vinylliganden auf der Oberfläche der Goldnanopartikel durchgeführt. Dabei wurden zunächst im Brust-Schiffrin-Verfahren Goldnanopartikel mit 4-Mercaptostyrol als Ligand synthetisiert. Im Folgeschritt wurden diese Liganden durch freie radikalische Oberflächenpolymerisation zu einer Kette verbunden. Unter der Annahme, dass die Oberflächenpolymerisation sehr viel schneller abläuft als die Spaltung des Azoinitiators, wurde davon ausgegangen, dass jeder Partikel nur von einem Radikal polymerisiert wurde und somit nur eine funktionelle Gruppe als Endgruppe des Initiators trägt. So wurde ein künstliches Molekül mit definierter stöchiometrischer Funktionalität hergestellt, das als Baustein zum Aufbau komplexerer Strukturen verwendet werden konnte. Zum einen wurde für die Oberflächenpolymerisation ein Makroinitiator mit Methylcumarin-Endgruppe verwendet, so dass ein künstliches Molekül aus einem Goldnanopartikel mit exakt einer Methylcumaringruppe aufgebaut werden konnte, die durch einen Polymerspacer mit dem Partikel verbunden ist. Die Anbindung des Methylcumarins an den Partikel und die Reinheit des Materials wurden mittels GPC mit Dioden-Array-Detektor gezeigt. Ferner wurde ein künstliches Molekül aufgebaut, welches als einzige funktionelle Gruppe eine Vinylfunktionalität trägt und so als Makromonomer verwendet werden konnte. Daraus wurde durch Copolymerisation mit MMA ein neuartiges Goldpartikel-Polymer-Hybridmaterial hergestellt. Der Nachweis für die Einbindung der Goldpartikel-Monomere in die Polymerkette aus PMMA erfolgte mittels GPC. Das resultierende Elugramm wies deutliche Unterschiede zum Elugramm des korrespondierenden Blends auf. Im AFM waren Partikel und Polymerketten deutlich zu erkennen