Eindimensionale oxidische Nanostrukturen mittels chemischer Gasphasenabscheidung und Synthese heterometallischer Übergangsmetallalkoxide (Co, Mn und Fe)

Abstract

Eindimensionale (1D) anorganische Materialien weisen, abhängig von ihrer Größe, Form und Orientierung, interessante strukturelle Merkmale und Funktionalitäten auf. In der vorliegenden Dissertation wurde ein allgemeiner MOCVD-Prozess zur größen- und orts-selektiven Darstellung von Metalloxid-Nanodrähten (NWs) entwickelt, der auf einer Kombination von Precursordesign und katalysator-unterstütztem Wachstum basiert. Hierbei wurden hochkristalline Zinnoxid-, Eisenoxid- und Indiumoxid-NWs via CVD geeigneter molekularer Vorstufen (Alkoxide) hergestellt, deren axiale und radiale Ausdehnung in einem Bereich von 20-900 nm bzw. 0,5-~100 µm durch Kontrolle der Precursorzufuhr, Abscheidetemperatur und Katalysatorgröße variiert werden konnte. Darüber hinaus wurden hierarchische SnO2 / V2O5 1D-Strukturen durch einen zweistufigen Prozess erhalten. Das Anwendungspotential dieser 1D-Nanomaterialien als Photo- und Gassensoren wurde anhand von Multi- und Einzeldraht-Bauteilen untersucht. Einzelne SnO2- und Fe3O4-NWs wurden durch FIB-Nanolithographie kontaktiert um durchmesserabhängige Besonderheiten zu untersuchen und um präzise Kenntnisse bezüglich umgebungsabhängiger elektrischer und sensorischer Eigenschaften (SA, N2, H2O, CO) zu erlangen. Darüber hinaus wurden heterometallische Alkoxide, Spirozyklen und Seco-Norkubane, als potentielle Vorstufen zur Materialsynthese und als Intermediate für Metathesereaktionen zum Aufbau komplexer Moleküle synthetisiert.

One-dimensional (1D) inorganic materials exhibit unique structural features and functional properties, related to their lateral size, shape and orientation. We have developed a generic MOCVD approach for size-selective and site-specific growth of oxide nanowires by combination of chemical precursor design and a catalyst assisted growth mechanism. For instance, high-yield synthesis of NWs of tin, iron and indium oxides was performed by the chemical vapor deposition of appropriate alkoxide precursors. Axial and radial dimensions of the NWs were varied in the ranges 20-900 nm and 0,5-~100 µm by adjusting precursor feedstock, deposition temperature, and catalyst size. Hierarchical tin / vanadium oxide heterostructures were synthesized by a two-step synthesis strategy. The device potential of these 1D building blocks as photo- and gas sensors was evaluated. Besides multiwire devices, individual SnO2 and Fe3O4 nanowires were contacted by FIB-nanolithography and their diameter dependent intrinsic properties were investigated to obtain precise information of electrical and sensing behaviour in different atmospheres (SA, N2, H2O, CO). In addition, new heterometallic alkoxide spirocycles and seco-norcubanes as precursors and intermediates for salt elimination reactions containing alkali metals and bivalent transition metals were synthesized and structurally characterized in this thesis.