Die Elektrochemie von Metallnanoteilchen
Aufgrund der winzigen Dimensionen von Nanoteilchen ist ihr Verhalten von ihrer Oberfläche bestimmt. Hierdurch werden Nanoteilchen Eigenschaften wie bspw. eine verbesserte Belastbarkeit und chemische Reaktivität zuteil, die für bahnbrechende Entwicklungen im Bereich der Brennstoffzellentechnik, Elektronik und Biotechnologie von zentraler Bedeutung sind. Forscher initiierten das EU-finanzierte Projekt SNISEB (Single nanoparticle impact studies: The direct observation of electrochemical behaviour at the nanoscale), um das Verhalten von Silbernanoteilchengruppen zu untersuchen. Unter Anwendung eines „nano-impacts“-Verfahrens wurde die Elektrochemie einzelner Nanoteilchen erforscht. Bei „nano-impacts“ handelt es sich um ein neues Verfahren, das in den vergangenen 20 Jahren entwickelt worden ist und das auf Aufzeichnungen von Partikeln basiert, die an einer Elektrode eingehen. Der Nanopartikel-Elektrode-Aufprall wird als elektrochemisches Signal aufgezeichnet, das bei der Redoxreaktion erzeugt wird, die sich bei dem Nanoteilchen ereignet. Im Rahmen der SNISEB-Experimente diffundierten Goldnanopartikel mit Silberkappen infolge einer Brownschen Molekularbewegung und trafen auf die Kohlenstoffmikroelektrode, die ein geeignetes Oxidationspotential aufwies. Das Silber der Nanopartikel oxidierte zu Silberionen und erzeugte eine Stromspitze, welche mit dem Chronoamperogramm aufgezeichnet wurde. Die Silberoxidationsladungen wurden mit diesen Spitzen assoziiert und daraufhin genutzt, um die Größen der Silberhüllen zu bestimmen. Die Forscher verglichen die Resultate mit Elektronenmikroskopiemessungen, um die Genauigkeit der Größenberechnungen zu den bimetallischen Nanopartikeln zu bestätigen. Eine innovativer Aspekt des angewandten Ansatzes beinhaltete die Präsenz von Goldkernen, die an der Elektrode zurückbleiben, und die nach Auflösung der Silberhülle überprüft werden konnten. Es konnte insbesondere ein Rückgang der Silberoxidationsladung aufgrund eines Partikelverlusts von der Elektrode in Bezug auf die Silberauflösung unterschieden werden. Vor dem Ablauf von SNISEB wurde eine Reihe von nano-impact-Experimenten an Goldnanoröhrchen durchgeführt, welche die Anwendbarkeit dieses leistungsstarken Verfahrens auf nicht kugelförmige Nanopartikel demonstrierten. Schließlich untersuchte das Team das elektrochemische Verhalten von Gold-Silber-Legierung-Nanopartikeln. Die SNISEB-Forschung berücksichtigte verschiedene Aspekte des elektrochemischen Verhaltens von Nanoteilchen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, Formen und Größen. Ein Verständnis der physikochemischen Eigenschaften ist notwendig, um die Bedingungen prognostizieren zu können, unter denen Nanopartikel reagieren und in dem umgebendem Umfeld Ionen freisetzen. Vor allem Silbernanopartikel werden intensiv im Bereich der Herstellung von Materialien genutzt, welche das Wachstum von Bakterien und Pilzen hindern. Auch wenn ihre biozidalen Eigenschaften für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen vorteilhaft sind, können die Nanopartikel aufgrund der Freisetzung von Silberionen toxisch werden.
Schlüsselbegriffe
Elektrochemie, Metallnanoteilchen, SNISEB, nano-impacts, Gold-Silber-Legierung
