title: Analysis of the Anistropic Growth of Gold Nanorods with X-ray and Neutron Scattering
title: Analyse des anisotropen Wachstums von Goldnanostäbchen mit Röntgen- und Neutronenstreuung
Creators: name: Zech, Tobias Sebastian
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024
Subjects: subject: Gold Nanorods, SAXS, SANS, scattering methods, micelle, CTAB, nanoparticle

description: In dieser Arbeit wurde das anisotrope Wachstum von Goldnanostäbchen (AuNR) mit korrelativen Röntgen- und Neutronenstreuung bei kleinen Winkeln (SAXS und SANS) untersucht. Diese Messungen wurden durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und UV-Vis-NIR Spektroskopie ergänzt. AuNR sind für eine große Anzahl an Anwendungen in der Biologie, Nanooptik und Medizin von entscheidender Bedeutung, welche eine präzise Kontrolle über die Größe und Form von AuNR sowie der Formhomogenität der Dispersionen voraussetzen. Bisherige Versuche, die Synthese von AuNR hinsichtlich dieser drei Parameter zu verbessern, beruhen auf Trial-and-Error Ansätzen, da der Mechanismus des anisotropen Wachstums noch nicht hinreichend verstanden ist und daher nicht deterministisch gesteuert werden kann. Dies ist zum Teil auf das komplexe Zusammenspiel zwischen den Bestandteilen der AuNR-Wachstumslösung zurückzuführen. Eine Kombination aus SAXS und SANS hat sich hier als effektiver Ansatz zur Analyse von Dispersionen mit organischen und anorganischen Nanostrukturen erwiesen. Im Falle von AuNR-Dispersionen werden Röntgenstrahlen vor allem von Materialien mit hoher Elektronendichte wie Gold gestreut, was sie sensitiver für das wachsende AuNR macht. Die Streuung der Neutronen ist isotopenspezifisch, sodass es möglich ist, durch Deute-rierung des umgebenden Lösungsmittels Einblicke in die Struktur organischer Bestandteile zu gewinnen. Die in dieser Arbeit präsentierten Experimente sind in drei Teile gegliedert. Im ersten Teil wird die Wirkung von Bromid auf das AuNR-Wachstum untersucht. Es wird gezeigt, dass das AuNR-Wachstum durch die Zugabe von Bromidionen zunehmend verlangsamt wird und eine Bromidkonzentration existiert, bei der das anisotrope Wachstum maximiert wird. Darüber hinaus ist dieses Verhalten mit einer asymptotisch zunehmenden Stabilisierungsschichtdichte korreliert, die sich analog zum dem beobachteten Aggregationsverhalten der selbstorganisierten Tensidmoleküle in Lösung verhält. Mit diesem Experiment konnte nachgewiesen werden, dass Bromidionen das anisotrope Wachstum direkt beeinflussen, indem sie die Dichte der Stabilisierungsschicht verändern. Im zweiten Teil wird erörtert, wie durch Modifizierung des Aggregationsverhaltens der stabilisierenden Tensidmoleküle mit kurzkettigen Alkoholen das Aspektverhältnis von AuNR präzise eingestellt werden kann. Darüber hinaus werden einige Schlüsselparameter, wie der Beginn des anisotropen Wachstums und die Reaktionskinetik während der Synthese, durch Modifizierung des Aggregationsverhaltens der Mizellen verändert. Dies ist das erste Experiment, in dem das Aggregationsverhalten der Tenside direkt mit einer Veränderung des AuNR-Wachstums in Verbindung gebracht wurde. Im dritten Teil werden unterschiedlich facettierte AuNP (Würfel, Oktaeder und Rhombendodekaeder) verwendet, um das facettenabhängige Wachstum von AuNR zu untersuchen. Diese Partikelmorphologien stehen dabei stellvertretend für die verschiedenen kristallografischen Orientierungen der lateralen Seiten und der Spitzen von AuNR. Es wird oft angenommen, dass die während des Wachstums hinzugefügten Silberionen die Passivierung der verschiedenen Goldoberflächenfacetten und damit unmittelbar das anisotrope Wachstum von AuNR beeinflussen. Durch Aufwachsen von Gold auf die unterschiedlich facettierten AuNP, konnte nachgewiesen werden, dass Silber die Reaktionsgeschwindigkeit dieser Oberflächenfacetten erheblich verändert. Diese Erkenntnis unterstützt demnach Theorien in der Literatur, wonach das anisotrope Wachstum von AuNR primär senkrecht zur {111} - Facette erfolgt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Experimente neue Einblicke in das anisotrope Wachs-tum von AuNR geben, und die Aggregation des Tensidstabilisators sowie die selektive Passivierung von Oberflächenfacetten mit diesem erfolgreich in Verbindung gebracht werden kann.