Kontrollierte Seitenwandfunktionalisierung und Trennung von metallischen und hableitenden Kohlenstoffnanoröhren

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Die kovalente Seitenwandfunktionalisierung von Kohlenstoffnanoröhren stellt eine sehr große Herausforderung dar und wird allgemein als entscheidender Faktor für die erfolgreiche Weiterentwicklung der Kohlenstoffröhren-basierten Nanotechnologie betrachtet. Die chemische Funktionalisierung von Kohlenstoffnanoröhren ist zum einen für die Verbesserung von deren Verarbeitbarkeit und zum anderen für die Kombination von deren präzedenzlosen Eigenschaften mit denen von anderen Stoffklassen von entscheidender Bedeutung. Dennoch ist die Nanoröhrenchemie und insbesondere die Charakterisierung der Reaktionsprodukte mit extrem großen Schwierigkeiten verbunden. Trotz dieser Probleme konnten wir wichtige Fortschritte im Bereich der selektiven Seitenwandfunktionalisierung und der eingehenden Charakterisierung der Derivate erzielen. Aufbauend auf diesen Voruntersuchungen soll in dem geplanten Projekt eine neue Funktionalisierungsmethode, nämlich die nukleophile Addition lithiumorganischer Verbindungen mit gekoppelter Reoxidation (NAR-Derivatisierung) entwickelt und optimiert werden. Darauf aufbauend soll die NAR-Derivatisierung von Röhren mit weiter funktionalisierbaren lithiumorganischen Verbindungen und die Erzeugung von SWNT-Hybridarchitekturen bearbeitet werden. Die durchgeführten Vorarbeiten erbrachten den bemerkenswerten Befund, dass durch NAR-Funktionalisierung bevorzugt metallische Röhren angegriffen werden. Diese Erkenntnis eröffnet die Möglichkeit, erstmals eine effiziente Trennung eines Gemisches metallischer und halbleitender Röhren zu erreichen. Dabei sollen zunächst durch systematische Variation der Nukleophilie der metallorganischen Verbindungen ausschließlich metallische Röhren funktionalisiert werden. Die erhöhte Löslichkeit der derivatisierten Röhren erlaubt die Abtrennung von den nicht funktionalisierten halbleitenden Röhren. Durch thermische Abspaltung der Addenden können dann die metallischen Röhren wieder in ihren elektronischen Ausgangszustand überführt werden. Alternativ zu diesem chemischen Verfahren soll eine Trennung von metallischen und halbleitenden Röhren auch durch elektrochemische Methoden herbeigeführt werden. In einer elektrochemischen Zelle sollen dabei durch gezielte Wahl der Spannung selektiv metallische Röhren elektrolysiert werden. Dabei laden sie sich negativ auf und gehen bedingt durch die elektrostatische Abstoßung in Lösung. Dies ermöglicht die Trennung von den ungeladenen halbleitenden Röhren. Die metallischen Röhren lassen sich schließlich durch Reoxidation mit Sauerstoff ausfällen. Diese Untersuchungen sollen in enger und bewährter Zusammenarbeit mit der Gruppe Ley/Graupner aus der Physik der Universität Erlangen-Nürnberg bearbeitet werden. Dabei wird sich die Gruppe Ley/Graupner, die über eine ausgewiesene Expertise im Bereich der XPS- und Ramanspektroskopie sowie der Rastersondenmikroskopie verfügt, insbesondere mit der physikalischen Charakterisierung der von uns hergestellten Nanoröhrenderivate befassen.