Präparation von Eisenoxid-, Manganoxid- und Kompositnanopartikeln und deren mikroskopische Charakterisierung

Die vorliegende Arbeit behandelt Nanopartikel aus Übergangsmetalloxiden. Den Schwerpunkt bilden dabei Partikel aus Eisen- und Manganoxiden. Diese können nicht nur aufgrund ihrer katalytischen Eigenschaften zur Oxidation von Kohlenmonoxid eingesetzt werden [21, 22], sondern spielen wegen ihrer magnetischen Eigenschaften für technische Anwendungen eine bedeutende Rolle. Weiterhin ist es möglich, mit Magnetitpartikeln arsenhaltiges Grundwasser zu entgiften, was sich aufgrund der Einfachheit der Methode auch in ländlichen Gegenden ohne Infrastruktur bewerkstelligen lässt [23]. Eine bisher ungeklärte Frage bei Eisenoxid-Nanopartikeln ist, welche kristallographische Phase diese annehmen. Die bisherige Literatur dazu ist widersprüchlich und beschreibt einerseits eine kritische Größe, unter der sich nach thermodynamischen Aspekten Partikel aus Maghemit (-Fe2O3) bilden sollten, während andererseits auch entsprechend kleine Partikel aus Hämatit (α-Fe2O3) gefunden werden [24–29]. Daher muß es neben thermodynamischen Kriterien weitere Faktoren geben, die einen Einfluss auf die kristallographische Phase der Partikel ausüben. Diese Kontro verse taucht unter anderem im ersten Teil dieser Arbeit auf, die sich auf die Synthese von Nanopartikeln mittels des Eisenspeicherproteins „Ferritin“ konzentriert. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von Core-Shellund Kompositpartikeln, die aus einem Teil Eisenoxid und einem Teil Manganoxid bestehen. Core-Shell-Partikel bestehen dabei aus einem Kern, der vollständig von einer Hülle aus einem anderen Material umschlossen ist, während diese Hülle bei den Kompositpartikeln nur unvollständig ausgebildet ist. Zur Partikelsynthese kam die Methode von Park et al. [30], die auf der thermischen Zersetzung von Fettsäureprecursoren basiert, modifiziert zum Einsatz. Komposit- und Core-Shell-Partikel bieten die Möglichkeit, die Eigenschaften von zwei unterschiedlichen Materialien zu kombinieren und damit neue Anwendungsgebiete zu erschließen. Neben der Synthese solcher Kompositpartikel befasst sich diese Arbeit auch mit deren magnetischen Eigenschaften. Dabei kommt es zu einem Zusammenspiel eines typischen Antiferromagneten, dem Manganosit (MnO), mit historisch bereits lange bekannten und untersuchten Ferrimagneten, dem Magnetit (Fe3O4) und Maghemit. Von makroskopischen Systemen ist das Phänomen der Austauschwechselwirkung zwischen einem Antiferromagneten und einem Ferro- oder Ferrimagneten bekannt, das als „Exchange-Bias“ bezeichnet wird [31, 32]. Dieses äußert sich in einer Verschiebung der Hysteresekurve des Ferromagneten entlang der Feldachse und kann auch auf der Nanoebene beobachtet werden [33]. Zur Produktion von Core-Shell- Systemen geht die Literatur oft von metallischen oder oxidischen Partikeln aus, die durch Oxidation der Oberfläche in Core-Shell-Systeme umgewandelt werden [31, 34, 35]. In dieser Arbeit werden solche Systeme erfolgreich durch Abscheidung von Material auf zuvor synthetisierten Keimpartikeln realisiert.