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Templated polymer nanostructures

chemical sensors towards Cu(II) ions and TiO 2 <<[Tio tief 2]>> nanoparticles

Sadia Bajwa

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Chemie

Betreuer*in

Peter Lieberzeit

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DOI

10.25365/thesis.20587

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29656.40883.995564-7

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Während der Entwicklung und für die erfolgreiche Anwendung von chemischen Sensoren spielt das Sensormaterial eine entscheidende Rolle. Molekulares Prägen stellt dabei eine hoch leistungsfähige Technike für dessen Herstellung dar. Im ersten Teil dieser Dissertation wird die Entwicklung künstlicher Rezeptoren zur Detektion von Kupfer in flüssiger Phase beschrieben. Hierfür werden Kupfer-geprägte Polymere hergestellt, welche β-Cycoldextrin, Polyvinylphenol und N-Vinyl-2-pyrrolidon als funktionelle Monomere enthalten. Massensensitive Messungen mit diesen Materialien werden mit 10MHz Quarzmikrowagen (engl. quartz crystal microbalances QCMs) durchgeführt, wohingegen Leitfähigkeits¬messungen nach dem Beschichten mit Polymer durch Auftragen eines Tropfens der vorpolymerisierten, verdünnten Lösung auf Periodische Mikroelektroden (engl. periodic microelectrodes PME) realisiert werden können. Unter den drei untersuchten funktionellen Monomeren, hat sich N-vinyl-2-pyrrolidon für das molekulare Prägen mit Cu(II) als das bestgeeignete herausgestellt, was auf seine koordinativen Eigenschaften zurückzuführen ist. Beschichtete PME Bauteile reagieren schnell auf die Anwesenheit von Kupfer und liefern lineare Sensorantworten über einen weiten Konzentrationsbereich (1x10-6 bis 1x10-3 M). Als unteres Detektionslimit wurde eine Konzentration von 20µM bestimmt, wohingegen der Sensor in der Gegenwart der konkurrierenden Ionen Ni(II), Co(II), Zn(II) und Na(I) Selektivitätskoeffizienten von 1:0,31:0,30:0,29:0,15 aufweist. Somit kann dieser Sensor auch zur Bestimmung von Kupfer in realen Wasserproben eingesetzt werden. Der zweite Teil der vorliegenden Dissertation beschäftigt sich mit der Prägung mittels Titandioxid Nanopartikeln zur gezielten Beeinflussung von Oberflächen mit Templaten im nano-Bereich. Als Substrate werden Titandioxidnanopartikel (50 - 100 nm Durchmesser), Polyurethan und Titandioxid Sol-Gel synthetisiert. Für das Prägen der Nanopartikel auf den Polymersubstraten kommen zwei Strategien zum Einsatz, nämlich die direkte Prägung und die Prägung der Oberfläche. Die Morphologie wird mittels Rasterkraftfeldmikroskop (engl. atomic force microscopy AFM) untersucht. Der Einfluss von Lösungsmitteln, Wärme und Feuchtigkeit auf mit Titandioxid Nanopartikel geprägte Polymerschichten wurde bestimmt. Das Erhitzen der geprägten Titandioxid Sol-Gel Polymer Oberfläche auf 110 °C für sechs Stunden und das anschließende Aufbewahren unter 80 %iger relativer Feuchtigkeit für 72 bis 120 Stunden führt zu Titandioxid Templat Kavitäten in der Größenordnung von 50 - 400 nm.

Abstract

(Englisch)

The sensing material plays a pivotal role in the development and successful implementation of a chemical sensor. Molecular imprinting techniques have developed into highly appreciated strategy to actually generate them. The first part of this dissertation describes the development of artificial receptors for the detection of copper in liquid media. Copper-imprinted polymers are synthesized using β-cyclodextrin, polyvinylphenol and N-vinyl-2-pyrrolidone as the functional monomers. Mass sensitive measurements are carried out with 10MHz quartz crystal microbalances (QCMs), whereas conductance behavior is investigated after drop-coating the polymers on periodic microelectrodes (PME) devices. N-vinyl-2-pyrrolidone, among the three, proved to be the seminal monomer for the imprinting of Cu(II) due to its coordination properties. The coated PME devices respond rapidly to the presence of copper yielding linear sensor characteristics over a wide concentration range (1 x 10-6 to 1 x 10-3M). 20µM is assigned as the lower limit of detection whereas the device exhibits selectivity coefficient of 1:0.31:0.30:0.29:0.15 in the presence of Ni(II), Co(II), Zn(II), and Na(I), respectively as competing ions. This makes the sensor suitable for the determination of copper in natural water samples. The second part of the dissertation deals with the imprinting of titanium dioxide nanoparticles for the rational designing of surfaces with templated nano moeties. Titania nanoparticles (50-100nm), polyurethane, and titania sol gel as the substrates are synthesized. Two strategies are evaluated for imprinting nanoparticles on the polymer substrates, namely direct and surface imprinting and the morphology is observed by atomic force microscopy. The influence of solvent, heat and humidity on titania nanoparticles imprinted polymer surfaces has been investigated in detail. Heating of the imprinted titania sol gel polymer surface to 110oC for 6 hours and later keeping at 80% relative humidity for 72-120 hours result in to titanium dioxide template cavities in the dimension of 50-400nm.

Autor*innen

Sadia Bajwa

Haupttitel (Englisch)

Templated polymer nanostructures

Hauptuntertitel (Englisch)

chemical sensors towards Cu(II) ions and TiO 2 <<[Tio tief 2]>> nanoparticles

Paralleltitel (Deutsch)

Geprägte Polymer-Nanostrukturen ; chemische Sensoren für Cu (II)-Ionen und TiO2-Nanopartikel

Publikationsjahr

2012

Umfangsangabe

VII, 122 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Boris Mizaikoff ,

Wolfgang Kautek

Klassifikation

35 Chemie > 35.23 Analytische Chemie: Allgemeines

AC Nummer

AC10499580

Utheses ID

18416

Studienkennzahl

UA | 091 | 419 | |

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