Untersuchungen zum Ladungsaufbau und pH-Wert in Silicamesoporen

Das Hauptziel dieser Arbeit ist das Verständnis von Ladungssituationen in nanoskaligen Poren. Auf der Nanoskala können Porengrößen nahe der Debye-Länge liegen, was zu starken Wechselwirkungen zwischen Oberfläche und Molekülen führt. Aus diesem Grund kann der apparente pH-Wert in diesen Dimensionen stark vom einstellbaren Lösungs-pH-Wert abweichen. Der confinement-Effekt spielt eine entscheidende Rolle für die Infiltration in Nanomaterialien und führt oft zu extremeren pH-Bedingungen innerhalb der Mesoporen verglichen zu freier Lösung. Um ein besseres Verständnis über den apparenten pH-Wert in Mesoporen zu erhalten, werden systematische Untersuchungen hinsichtlich der Funktionalisierung und der Ionenstärke auf Transport und pH-Wert durchgeführt. Hierzu werden mesoporöse Silicafilme mit den pH-responsiven Polymeren Poly(2-dimethylamino)ethylmethacrylat (PDMAEMA), Poly(2-Phosphonoxy)ethylmethacrylat (PMEP) und dem PDMAEMA-b-PMEP-Blockcopolymer modifiziert. Diese modifizierten Silicamaterialien werden dann verwendet, um die pH-abhängige Permselektivität zu untersuchen und so indirekt den apparenten pH-Wert mittels Cyclovoltammetrie zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Verzögerung des Ladungsaufbaus innerhalb der Mesoporen. Als weitere Strategie werden pH-responsive Farbstoffe kovalent an Silicamesoporen angebunden. Die funktionalisierten Silicamesoporen können dann dann verwendet werden, um den Unterschied zwischen dem pH-Wert in Lösung und in verschiedenen funktionalisierten Mesoporen mit optischen Methoden direkt zu bestimmen. Abhängig von der Ionenstärke des Hintergrundelektrolyten kann sich der apparente pH-Wert in Silicamesoporen im Vergleich zur freien Lösung um mehr als eine pH-Einheit unterscheiden