Löcher im Valenzband von Nanodiamanten

28. Januar 2015, 22:51 Uhr
Löcher im Valenzband von Nanodiamanten
Löcher im Valenzband von Nanodiamanten

Nanodiamanten messen nur wenige Nanometer im Durchmesser und bestehen aus einigen tausend Kohlenstoffatomen. Ihre Eigenschaften könnten sich möglicherweise gezielt verändern lassen, um Nanodiamanten als Katalysatoren für die Wasserstofferzeugung mit Sonnenlicht zu nutzen.

Nanodiamanten sind winzige Kristalle, die zwar die kristalline Struktur von Diamanten besitzen, aber aufgrund ihrer enormen relativen Oberflächen andere Eigenschaften als makroskopische Exemplare aufweisen. Nanodiamanten können als Wirkstofftaxis für biomedizinische Anwendungen oder als Katalysatoren für die Wasserspaltung genutzt werden. Tristan Petit hat am Helmholtz-Zentrum Berlin solche Nanodiamanten mit Hilfe von Absorptions- und Emissionsspektroskopie untersucht. Dabei zeigte sich, dass sie in wässriger Lösung „Löcher“ im Valenzband aufweisen. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Nanoscale veröffentlicht.

In Wasser ist die Wechselwirkung zwischen den Nanodiamanten und benachbarten Molekülen sowie Ionen besonders stark. Durch Zugabe von Salzen oder der Veränderung des PH-Werts lässt sich beeinflussen, wie gut sie bestimmte Stoffe absorbieren. Bei ihrer Untersuchung haben Petit und Kollegen entdeckt, dass sich die elektronischen Zustände bei Nanodiamanten auf festen Substraten deutlich von denen unterscheiden, die sie in wässriger Lösung besitzen.

Die flüssigen Proben wurden im Vakuum mit Röntgenspektroskopie untersucht und es ergab sich ein detailliertes Bild von besetzten und unbesetzten Elektronenzuständen in Valenz- und Leitungsbändern. In wässriger Dispersion fanden sich an den Oberflächen der Nanodiamanten also sogenannte „Löcher“ im Valenzband. Vermutlich werden an der Oberfläche von Nanodiamanten Elektronen an die umgebenden Wassermoleküle abgegeben. Über die elektronische Struktur der Nanoteilchen könnten sich auch ihre chemischen, optischen und katalytischen Eigenschaften beeinflussen lassen.

Bild: Mohamed Sennour, MINES ParisTech.

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