Isotrope und anisotrope Oberflächenfunktionalisierungen von Titandioxidnanopartikeln mit Organophosphonsäuren

Abstract

Titandioxid- und Silicananopartikel wurden mittels Sol-Gel-Verfahren hergestellt. Hydrophile und hydrophobe sowie α-Halogenester-funktionalisierte organische Kupplungsreagenzien mit einer Phosphonsäure- oder Silanfunktionalität wurden synthetisiert. Die Nanopartikel wurden mit den jeweiligen Kupplungsreagenzien isotrop in Suspension und anisotrop in Pickering-Emulsionen funktionalisiert. Der bildliche Nachweis der Anisotropie der Funktionalisierung gelang mittels Elektronenmikroskopie nach der Grafting-from Polymeristion von PMMA. Die amphiphil modifizierten Partikel wurden hinsichtlich ihrer Fähigkeit zur Selbstanordnung untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sie sich analog zu Tensiden verhalten: Sie stabilisieren Emulsionen gut und bilden Vesikel und Mizellen aus. Die kritische Mizellenkonzentration der Partikel konnte bestimmt werden. Auch auf hydrophilen und hydrophoben Oberflächen ordnen sich amphiphile Partikel entsprechend ihrer Polarität an. In einem zweiten Teil der Arbeit wurde die photokatalytische Zersetzung der Kupplungsrea-genzien an der Titandioxidpartikeloberfläche untersucht. Die Kinetik des Abbaus wurde bestimmt. Die Abbaurate hängt dabei stark von der Struktur der Kupplungsreagenzien ab. Die photokatalytische Aktivität der Titandioxidnanopartikel konnte genutzt werden, um Emulsionen, die durch amphiphil modifizierte Partikel stabilisiert sind, durch Bestrahlung aufzubrechen.

Titania and silica nanoparticles were produced via sol-gel route. Hydrophilic, hydrophobic and α-halogene ester terminated organic coupling agents with a phosphonic acid or silane moiety were synthesized. The nanoparticles were functionalized with the respective coupling agent either isotropically in suspension or anisotropically in Pickering emulsions. The visual evidence of anisotropic funktionalization was achieved via TEM after a grafting-from polymerization of PMMA. The amphiphilically modified particles were tested regarding their self-assembling. It has been shown that they have similar properties as surfactants: They stabilize emulsions and form vesicles and micelles. The critical micelle concentration was determined. On hydrophilic and hydrophobic surfaces they assemble according their polarity. In a second part of the work, the photocatalytic degradation of the coupling agents on the titania surface was characterized. The kinetic of the decomposition was determined. The rate constant depends strongly from the structure of the coupling agent. The photocatalytic activity of the titania nanoparticles was used to break emulsions stabilized by amphiphilically modified particles.