Synthese amphiphiler Blockcopolymere als Template für die Herstellung mesoporöser funktionaler Materialien

Abstract

Die Nanotechnologie bietet Möglichkeiten, unseren technologisierten Lebensstandard trotz des hohen Energie- und Ressourcenanspruchs mit dem Schutz unserer Umwelt zu vereinen. Die intrinsische Eigenschaft der Selbstanordnung von Blockcopolymeren durch Mikrophasenseparation kann genutzt werden, um hochgeordnete und nanoskalige Strukturen herzustellen. Die Verwendung solcher weicher Template ermöglicht auch das Einbringen spezifischer Funktionen sowie die gezielte chemische Umwandlung einzelner Bausteine. Nano- und mesoporöse Substanzen weisen eine große innere Oberfläche auf und können aus weichen Templaten durch den selektiven chemischen Abbau eines Segmentes hergestellt werden. Die Herausforderung besteht darin, die gewünschten Eigenschaften auf die molekulare Ebene zu übertragen, ein geeignetes Blockcopolymer zu designen und kontrolliert zu synthetisieren. In dieser Arbeit werden zunächst amphiphile, funktionale Blockcopolymere mittels kontrollierter Polymerisationsmethoden hergestellt und hinsichtlich ihrer molekularen Eigenschaften sowie ihrer Strukturbildung charakterisiert. Über drei spezifische Methoden werden diese zu mesoporösen (hierarchischen) Strukturen umgewandelt, welche ebenfalls hinsichtlich ihrer Struktur und Eigenschaften charakterisiert werden. Somit werden in dieser Arbeit neue Methoden zur Herstellung nanoskaliger, funktionaler Materialien etabliert, welche sensorische oder katalytische Eigenschaften zeigen, oder zur Filtration verwendet werden können.

Nanotechnology offers opportunities to unite our technologized standard of living and the protection of the environment despite the high requirements in energy and resources involved. The intrinsic capability of self-assembly of block copolymers due to microphase separation can be used to produce highly ordered nanoscale structures. Using such soft templates enables the incorporation of specific functional sites as well as the targeted chemical conversion of individual building blocks. Nano- and mesoporous substances exhibit high inner surface area and can be fabricated from soft templates via selective degradation of one building block. Herein, our challenge is to transfer the targeted properties to the molecular level, to design the respective block copolymer and to synthesize it in a controlled manner. In the scope of this work, functional amphiphilic block copolymers are synthesized via controlled polymerization methods, the polymers are analyzed regarding their molecular properties as well as their structure formation capabilities. Using three specific methods, the amphiphilic block copolymers are converted to (hierarchical) mesoporous structures, which are also characterized regarding their structure and properties. Thus, in this work new methods are established for the fabrication of nanoscale, functional materials, which can exhibit sensory or catalytic properties, or can be used for filtration applications.