Platin-Käfige

06.11.2006: Winzigste Strukturen aus Edelmetallen wie Platin sind interessant wegen ihrer großen Bandbreite an biomedizinischen, katalytischen und optischen Anwendungen. Poröse Nanokugeln sind beispielsweise ideal für katalytische Anwendungen, die eine hohe Oberfläche erfordern, aber mit einer geringen Dichte (und damit wenig Material) auskommen. Die bisherigen Herstellungsmethoden hatten jedoch den Nachteil, dass die Kugeln aus einzelnen metallischen Nanopartikeln bestehen und damit nicht sehr stabil sind, zudem waren nur relativ kleine Kugeln herstellbar. Ein Team von der University of Georgia in Athens sowie den Sandia National Laboratories und der University of New Mexico in Albuquerque hat nun eine pfiffige neue Methode entwickelt, mit der es gelingt, relativ große poröse Platin-Nanokäfige herzustellen. Die Kügelchen bestehen nicht aus einzelnen Partikeln, sondern aus durchgehenden, verästelten (dendritischen) Platinschichten.

Liposomen kennt man etwa aus Cremes: Die winzigen Fettkügelchen sollen ihren wirksamen Inhalt durch die Haut schleusen. Die Fetthülle der von den Forschern um John A. Shelnutt als Blaupause eingesetzten Liposomen besteht aus einer Lipiddoppelschicht. In den feinen Zwischenraum zwischen den beiden Schichten wurde ein lichtaktivierbarer Katalysator eingelagert, eine Zinn-haltige Porphyrin-Verbindung. Die Liposomen werden in eine Lösung gegeben, die ein Platinsalz enthält. Werden die Liposomen nun mit Licht bestrahlt, überträgt der Photokatalysator Elektronen auf die Platinionen. Die dabei entstehenden ungeladenen Platinatome lagern sich zu winzigen Klümpchen zusammen. So bald diese eine bestimmte Größe erreicht haben, werden sie selber aktiv und katalysieren nun ihrerseits die Freisetzung von Platinatomen aus dem Platinsalz. Atom für Atom entstehen in der Lipiddoppelschicht kleine, flache, verzweigte Gebilde (Dendrite) aus Platin, die so lange weiterwachsen, bis alles Platinsalz verbraucht ist. Wichtig ist, dass die Zahl an Zinn-Photokatalysator-Molekülen in der liposomalen Doppelschicht - und damit der anfänglichen Platin-Klümpchen - sehr hoch ist. Die entstehenden Dendriten liegen dann nah genug beieinander, um zu einem Geflecht fest zusammenwachsen: So entsteht eine feste, aber poröse Kugel in Form und Größe des Liposoms. Wenn die Liposomen aufgelöst werden, bleiben die Platinkugeln erhalten. Shelnutt, dessen Mitarbeiter Yujiang Song und ihr Team konnten Kugeln mit Durchmessern bis zu 200 nm herstellen. Diese Platin-Kügelchen aggregieren zu schaumartigen Strukturen.

Originalveröffentlichung: John A. Shelnutt et al.; "Synthesis of Platinum Nanocages by Using Liposomes Containing Photocatalyst Molecules"; Angewandte Chemie 2006.