Universität zu Köln

Synthesis, Characterization and Surface Modification of Titanium and Zinc Oxide Nanostructures for Nanotoxicity, Visible Light Emission and Photocatalytic Studies

Arslan, Osman (2014) Synthesis, Characterization and Surface Modification of Titanium and Zinc Oxide Nanostructures for Nanotoxicity, Visible Light Emission and Photocatalytic Studies. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Size dependent quantum confinement and differential characteristics of the anisotropic ZnO and TiO2 nanomaterials have attracted huge interest in the quest of new functional materials. In order to synthesize ZnO QD’s for visible light emission applications, surface modulation for stability in dispersions and defect control at the surface is vitally important. Therefore long alkyl chain group (e.g. oleate) and biological molecule cysteine were used as vectors to regulate reactivity of the ZnO QD’s and their visible light emission. Sol-gel chemistry serves as a versatile tool for the fabrication of controlled synthesis of quantum dots and to modify their properties for emission applications such as cell labeling, cell toxicity, solid-state light emission and to understand size/property correlation. High temperature liquid phase synthesis methods, namely heating up and hot injection method were applied toward the synthesis of anisotropic ZnO and TiO2 nanoparticles. Using different ligand concentrations and reaction conditions, semiconductor nanostructures of unusual geometrical shapes were synthesized and characterized. Hexagonal crystal growing habit of ZnO provided unusual geometrically distorted examples of the hexagonal geometry that have not been reported so far in the literature. Furthermore, TiO2 nanostructures with significant absorption in visible range of the solar spectrum were obtained by hot injection method and nitrogen doping. The rapid injection and decomposition of Ti-precursor and amine enabled to produce self assembled ball like and multibranched structures with remarkable visible range absorption. Utilization of different concentrations for the precursors provided the possibility of band gap engineering for the anisotropic TiO2 nanostructures.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Größenabhängige ZnO und TiO2 anisotroper Nanomaterialien haben ein enormes Interesse bei der Suche nach neuen Funktionalisierten hervorgerufen. Für die Herstellung von ZnO Nanoteilchen „Quantum Dots“ für die Emission sichtbaren Lichts sind Veränderungen der Oberfläche - für die Stabilität in Dispersionen - sowie eine Kontrolle an der Oberflächen vorhandenen Defekte von wesentlicher Bedeutung. Zu diesem Zwecke wurden ZnO Nanopartikeln durch Einbringung von langkettige Alkyl-Gruppen (z. B. Oleate) sowie biologisch relevante Molekülen wie Cystein modifizierte, um die Reaktivität der ZnO „Quantum Dots“ und deren Emission seigen von sichtbarem Licht zu regulieren. Sol-Gel Prozesse dienen dabei als vielseitige Werkzeuge zur gezielten Synthese von Nanoskaligen Materialen und zum Modifizieren der Eigenschaften für die jeweiligen Anwendungen wie zum Beispiel für die Emission wie die Markierung von Zellen, Photokatalysator und UV- Absorber. Hochtemperaturmethoden in flüssiger Phase wie gezieltes Aufheizen und „Hot Injection“ wurden in dieser Arbeit, zur Synthese Kristallbau ZnO und TiO2 Nanopartikel angewendet. Durch Verwendung unterschiedlicher Ligandenkonzentrationen und Reaktionsbedingungen konnten Halbleiter-Nanostrukturen in ungewöhnlichen geometrischen Formen erzeugt und charakterisiert werden. Die Kontrolle der Kristallwachstumprozesse von ZnO Nanostrukturen ermöglichte es, ungewöhnliche Morphologien zu erzeugen, die bisher in der Literatur noch nicht beschrieben wurden. Des Weiteren wurden TiO2-Nanostrukturen durch die „Hot injection“-Methode erhalten, die eine signifikante Absorption auf Grund einer N-dotierung in sichbaren Bereich aufweisen. Die äußerst schnelle Injektion und spontane Zersetzung des Ti-haltigen Präkursors in Gegenwart eines Amins erlaubte die Darstellung selbstangeordneter Kugelartiger und verzweigter Standformiger Sternförmiger Strukturen mit bemerkenswerten Absorptionen im Bereich des sichtbaren Lichtes. Das Nutzen unterschiedlicher Präkursor-Konzentrationen ermöglicht den gezielten Aufbau anisotroper TiO2-Nanostrukturen mit variabler Bandlücken.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Arslan, Osmanosmansolgel@yahoo.com
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-57590
    Publisher: Optimus Verlag
    ISBN: 978-3-86376-132-5
    Subjects: Chemistry and allied sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    TiO2, ZnO, Nanostructures, Hot-Injection Method, Thermal decomposition Method, Quantum dots, Multibranched nanoparticles, Band gap modification, Visible light emission, Visible Light absorption, Antibacterial Coatings, Biodegradable Coatings, Surface Modification, Nanoparticles, Nanorods, Photocatalysis, Photocatalytic Activity, Nanotoxicity, Nanoparticle Toxicity,Cell LabelingUNSPECIFIED
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Chemie und ihre Didaktik
    Language: English
    Date: 03 November 2014
    Date Type: Publication
    Date of oral exam: 12 December 2013
    Full Text Status: Public
    Related URLs:
    Date Deposited: 19 Nov 2014 14:21:13
    Referee
    NameAcademic Title
    Mathur, SanjayProf.Dr.
    Griesbeck, Axel G.Prof.Dr.
    Meyer, GerdProf.Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5759

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