Die Magnetoelektrochemie von Nanoteilchen
Bis dato ist die Nutzung der Magnetoelektrochemie, welche die Strömungsmechanik, die Elektrochemie und den Elektromagnetismus kombiniert, größtenteils auf Makro- und Mikromaßstäbe beschränkt geblieben. Wissenschaftler initiierten das Projekt IMAFECY (Impact of magnetic fields on electrochemistry – fundamental aspects and future applications) mit dem Ziel, die Anwendung auf den Nanomaßstab auszuweiten. Zu diesem Zweck untersuchten die Wissenschaftler sowohl theoretisch als auch experimentell die Wirkung von Magnetfeldern auf die Elektrochemie von Nanoteilchen. Diese Materialien weisen Dimensionen von weniger als 100 Nanometern auf und sind von wissenschaftlichem Interesse, da an deren Eigenschaften über eine Veränderung deren Größe Feineinstellungen vorgenommen werden können. Diese werden ebenfalls im Bereich der Medizin und in einer Vielzahl von Verbraucherprodukten angewandt. Über sogenannte „Nanoaufprall“-Experimente verfolgten Wissenschaftler erstmals die Agglomeration magnetischer Nanoteilchen, welche durch die Präsenz von Magnetfeldern induziert wird. Des Weiteren wurde die Auflösung paramagnetischer Nanoteilchen erheblich gehemmt. Die Wissenschaftler erlangten unter Anwendung einer Coulometrie für kathodische Teilchen wertvolle Erkenntnisse zu diesem Prozess. Das elektrochemische Verfahren für Nanoaufprälle half dabei, Metallnanoteilchen in einfachen Elektrolyten zu verfolgen. Deren Anwendungsnutzen wurde erweitert, um den IMAFECY-Wissenschaftlern die Untersuchung von Metallnanoteilchen in wässrigen Medien wie z. B. Meerwasser zu ermöglichen und um organische Nanoteilchen zu verfolgen. Nanoaufprälle lieferten zudem Informationen zu physikochemischen Eigenschaften, die durch kein anderes Verfahren erzielt werden konnten. Es zeigte sich, dass der Massetransport zu und von einzelnen Nanoteilchen sowie auf einer Elektrode immobilisierten Nanoteilchen erheblich variiert. In Kombination mit nummerischen Simulationen kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass der im Vergleich zu Leitern abweichende Massetransport hinter den Reaktivitätsänderungen von Nanoteilchen steht. Die Kombination von Experimenten und Theorie im Rahmen des IMAFECY-Projekts hat das derzeitige Verständnis der Wechselwirkung zwischen verschiedenen an der Magnetoelektrochemie beteiligten Parameter im Nanomaßstab wesentlich verbessert. Die ersten Resultate sind in mehr als 30 Papern, welche in Peer-Review-Zeitschriften veröffentlicht wurden sowie auf zahlreichen internationalen Konferenzen präsentiert worden.
Schlüsselbegriffe
Magnetoelektrochemie, Nanoteilchen, Nanoaufprallexperiment, Elektrolyt, nummerische Simulation
