Universität zu Köln

Straub, Laura Christine ORCID: 0000-0001-7659-3138 (2022). Fundamentale Studien zur Photofunktionalisierung von Gold- und Siliciumdioxid-Nanopartikeln mit di- und trivalenten Lanthanoid-Komplexen. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Zur Photofunktionalisierung von Nanopartikeln (NP) werden Lanthanoid (Ln)-Komplexe durch kovalente Bindungsknüpfung an eine Siliciumdioxid (SiO2)-Oberfläche gebunden. Als verbrückende Liganden dienen die modifizierten N-Donorliganden Bipyridin (Bipy) und Phenanthrolin (Phen), welche zusammen mit der Oberflächenfunktionalisierung der Partikel den Linker zwischen Nanostruktur und Komplex bilden. Die Liganden dienen zur Komplexierung trivalenter Europium- und Terbium-Ionen, die ein charakteristisches Emissionsspektrum im Bereich des sichtbaren Lichts aufweisen. Diese Emission kann durch die Interaktion mit der Oberflächenplasmonenresonanz (engl. surface plasmon resonance) (SPR) von Gold-Nanopartikeln (AuNP) beeinflusst werden. Die Untersuchung von photofunktionalisierten SiO2-beschichteten Gold-Nanopartikeln (Au@SiO2) zeigt, dass dies der Fall ist, wenn die Emission der Ln3+-Komplexe und die SPR der AuNP überlappen. Die Lage der SPR lässt sich durch die Variation von Form und Größe der Gold-Nanostruktur variieren, um eine gezielte Überlappung mit der Emission einer Vielzahl von Emittern zu erzielen. Ein Beispiel hierfür ist die in dieser Arbeit etablierte Synthese zur Beschichtung von SiO2-NP mit einer sternförmigen Goldschale, welche eine einstellbare SPR im Nahinfrarot (NIR)-bereich zeigt. Die etablierte Verknüpfung von Nanopartikel und Komplex wird ebenfalls genutzt, um die Komplexierung oxidationsempfindlicher Lanthanoide zugänglich zu machen. Dazu werden die bisher unbekannten Koordinationsverbindungen der divalenten Europium-Halogenide mit Phen Liganden strukturell, elektrochemisch und photophysikalisch charakterisiert. Die Komplexreihe zeichnet sich durch eine starke Farbigkeit der Verbindungen und ein ambivalentes Verhalten bezüglich der Oxidationsstufe des Europiums aus. Zudem werden Aza-Kronenether eingesetzt, um die divalente Europium-Spezies auf der Oberfläche der Partikel zu immobilisieren. Qualitativ werden die Komplexe durch UV/Vis- und Lumineszenzmessungen sowie der Bestimmung des Zeta-Potentials auf der Partikeloberfläche nachgewiesen. TG und ICP-MS Messungen ermöglichen eine quantitative Aussage über die Anzahl der Liganden bzw. der Lanthanoid-Ionen an der Partikeloberfläche.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language In order to functionalize nanoparticles (NP) with luminescent comlexes we use a covalent approach to link lanthanide (Ln) complexes to a silicon dioxide (SiO2) surface. Bipyridine (Bipy) and Phenanthroline (Phen) act as bridging N-donor ligands. After reaction with the functional groups of the particle’s surface modification, the actual linker is formed. These ligands coordinate the trivalent europium and terbium ions with characteristic emission spectra in the visible light region. The complex emission is influenced in presence of gold nanoparticles (AuNP) due to their surface plasmon resonance (SPR). The investigation of photofunctionalized SiO2 coated gold nanoparticles (Au@SiO2) shows, that the overlap of the complex emission and the SPR causes an influence on the luminecent properties of the complex. The variation of shape and size of the gold nanostructure allows us to tailor the surface plasmon resonance (SPR) and opens up a variety of potential interactions with luminescent complexes. Therefore, we established a facile and reliable route to coat SiO2-NP with a spiky gold shell which exhibits a tunable SPR in the near infrared (NIR) region. The elaborated linking is extended to oxygen sensitive oxidation states. Therefore, a whole family of divalent europium complexes with Phen ligands has been investigated regarding their structural, photophyscial and electrochemical properties. These complexes are deeply colored and show an ambivalent behavior as a result of the intermediate valence of the europium center. In addition, an Aza-crown ether was used to complex divalent europium on the particle surface. The immobilized species is identified via UV/Vis, luminescence and zeta-potential measurements qualitatively, while the ligands and the lanthanide ion can be also quantified performing TG or ICP-MS measurements. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Straub, Laura Christine laura.straub@uni-koeln.de orcid.org/0000-0001-7659-3138 UNSPECIFIED
Contributors:	Contribution Name Email Censor UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-651501
Date:	17 December 2022
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Chemistry > Institute of Inorganic Chemistry
Subjects:	Chemistry and allied sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Nanopartikel German Lanthanoid-Komplexe German Lumineszenz German
Date of oral exam:	6 March 2023
Referee:	Name Academic Title Wickleder, Mathias S. Prof. Dr. Mathur, Sanjay Prof. Dr. Dr. (h.c.)
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/65150