Oxidische Nanotubes: Synthese-Charakterisierung-Anwendung

Das Bemühen, eine Vielfalt von Materialien zu 1D nanoskopischen Strukturen zu verkleinern, beschäftigt eine rapide wachsende Zahl an Wissenschaftern. Wichtige physikalisch-chemische Eigenschaften von anisotropen Materialien wie Nanotubes und Nanorods unterscheiden sich von jenen der korrespondierenden Bulkmaterialien und isotropen Nanoteilchen. Der Nutzen dieser meist deutlich verbesserten elektronischen, optischen und mechanischen Eigenschaften lässt sich in der Vielzahl von Anwendungen erahnen: von Transistoren und Sensoren über Katalysatoren bis hin zu Materialien zur Energiegewinnung und -speicherung. Zudem führt der Gebrauch von nanostrukturierten Materialien zu einer deutlichen Verringerung der notwendigen Menge an funktionalen Materialien und somit von Kosten und Toxizität. Dadurch lassen sich umweltschädigende Produktionsprozesse elegant in "weiße" Technologien verändern. Obwohl Carbon Nanotubes noch immer die am meist untersuchten Beispiele solcher Materialien sind, finden in den letzten Jahren vermehrt Bestrebungen statt, diese Familie der strukturierten Materialien zu vergrößern. Bedenkt man die enorme Wichtigkeit von substöchiometrischen Oxiden sowohl in der Grundlagenforschung als auch in industriellen Anwendungen, scheint es nicht verwunderlich, dass gerade oxidische Nanotubes aufgrund ihrer besonderen physikalisch-chemischen Eigenschaften von großem Interesse sind und zu neuen technologischen Anwendungen führen werden. Im vorliegenden Projekt werden TiO2-Nanotubes unter variierten Bedingungen mit Hilfe der "soft chemistry" Methode und alternativ der Templat-Methode synthetisiert und mit verschiedenen Methoden charakterisiert. Des Weiteren wird die Verwendung dieser Nanotubes als Sensormaterial diskutiert. Besonders interessiert hier die Bildung von strukturellen und elektronischen Punktdefekten und deren Effekt auf die elektrischen Eigenschaften. Der dritte Teil des Projekts wird sich mit der spezifischen Oberfläche und der Morphologie dieser Tubes beschäftigen, wichtige Eigenschaften, welche diese Materialien für Anwendungen in der heterogenen Katalyse besonders wertvoll machen. Abschließend sollen diese TiO2-Nanotubes mit leitfähigen Polymeren bedeckt und die kapazitiven (Superkondensatoren in der Elektronik) und optoelektronischen Eigenschaften (Solarzellen, Photokatalysatoren) untersucht werden. Alle Untersuchungen werden in der Arbeitsgruppe von Prof. A. Windle im Macromolecular Materials Laboratory im Department of Materials Science and Metallurgy (MSM) der Universität Cambridge, England, in einer der renommiertesten Arbeitsgruppen auf dem Gebiet der Polymerforschung durchgeführt. Zusätzlich wird eine enge Zusammenarbeit mit den Arbeitsgruppen von Prof. Kramer und Dr. Klötzer in Innsbruck (Katalyse) und der Optoelectronics Group von Prof. Sir Richard Friend im Cavandish Lab in Cambridge, England angestrebt.