Studies on the structure of NaEuF4/NaGdF4 core-shell nanoparticles using spectroscopic methods

Nanopartikel aus Natriumseltenerdfluoriden (NaREF4) erlangen aufgrund ihrer besonderen optischen und magnetischen Eigenschaften zunehmend Beachtung im Bereich der Lebenswissenschaften und bei optoelektronischen Anwendungen. Einige NaREF4-Materialien wie z.B. NaYF4, NaGdF4 und NaLuF4 sind geeignete Wirtsgitter für eine Dotierung mit Seltenerdelementen wie z.B. Eu(III), Tb(III), Nd(III), Pr(III) und Er(III), die Lumineszenzübergänge im sichtbaren Bereich aufweisen. Um NaREF4-Nanopartikel mit hoher Lumineszenzquantenausbeute zu erhalten oder um multifunktionale Nanomaterialien herzustellen, können über einen Kern/Schale-Aufbau mehrere Materialien innerhalb eines Partikels vereint werden. Bislang wurde jedoch nur in wenigen Studien der Kern/Schale-Aufbau von NaREF4-Nanopartikeln detailliert untersucht und die meisten dieser Studien basierten auf elektronenmikroskopischen Analysemethoden. Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen dieser Arbeit der Syntheseverlauf von nahezu monodispersen NaEuF4/NaGdF4-Kern/Schale-Nanopartikeln als Modellsystem untersucht, wobei zur Herstellung der Partikel zwei verschiedene Synthesemethoden verwendet wurden. Neben Untersuchungen durch Röntgendiffraktometrie und Transmissionselektronenmikroskopie wurden zusätzlich Methoden der optischen Spektroskopie eingesetzt, mit denen eine quantitative Bestimmung der Durchmischung zwischen dem Eu(III)-haltigen Kern und der Gd(III)-haltigen Schale innerhalb des Nanopartikels möglich war. Durch den Einsatz spezieller, sensibilisierender Oberflächenliganden konnte zudem der Eu(III)-Anteil auf der Oberfläche der Kern/Schale-Nanopartikel ermittelt werden. Obwohl beide Syntheseverfahren zu NaEuF4/NaGdF4-Kern/Schale-Nanopartikeln führten, die in Form, Größe und Kristallstruktur sehr ähnlich waren, wurden deutliche Unterschiede in der Durchmischung von NaEuF4-Kern- und NaGdF4-Schalenmaterial sichtbar. Aus den quantitativen, spektroskopischen Untersuchungen zum Kern/Schale-Aufbau ging hervor, dass in Abhängigkeit zur verwendeten Synthesemethode unterschiedlich stark ausgeprägte Eu(III)-Dotierungskonzentrationen und -gradienten in der NaGdF4-Schale der synthetisierten Kern/Schale-Nanopartikel vorlagen