Universität Tübingen
Präferenzielle Einlagerung flüchtiger organischer Verbindungen in polykristalline Phthalocyanin-Schichten: Mechanismus und Anwendung als chemischer Sensor
Abstract
Substituierte Phthalocyanine (PcMs) haben sich für systematische Untersuchungen zur Anreicherung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) in sorptiven Schichten als besonders geeignet erwiesen. Insbesondere ergab sich ein tieferes Verständnis des Einflusses verschiedener PcM-Strukturparameter (Seitenkettenlänge, -anzahl und -position sowie Variation der Zentralatome) auf präferenzielle Sorptionen. Bei bestimmten Metallen lässt sich eine selektive Anreicherung von eng eingegrenzten Stoffklassen erzielen, die mit herkömmlichen Polymeren nicht erreicht werden kann. Bei zinkhaltigen PcMs findet eine sehr starke Anreicherung von Verbindungen mit Aminfunktionen statt. Bei PcMs mit Ni, Pd und Pt wurde eine präferenzielle Sorption von planaren aromatischen Verbindungen nachgewiesen. Bei beiden Zielverbindungsklassen handelt es sich um wichtige Zielsubstanzen in der Gasanalytik. Das Vorliegen einer präferenziellen Sorption ist anhand der Analyse der Isothermen und durch TDS-Messungen deutlich zu erkennen. Die mit quantitativen Schwingquarzmessungen erhaltene Voraussage eines Wirt-Gast-Komplexes mit der Stöchiometrie 1:1 konnte mittels EXAFS-Spektroskopie belegt werden. Für den Fall des n-Butylamins findet eine Interkalation in die Tellerstapel unter Beibehaltung der columnaren Anordnung der PcZn-Moleküle statt. Sowohl für die präferenzielle Sorption von Aromaten als auch von Aminen korrelierten hohe experimentelle Verteilungskoeffizienten mit besonders starken Wechselwirkungsenergien aus computergestützten Rechnungen. Für die Interaktion mit Aromaten legen die Ergebnisse der Rechnungen nahe, dass der Hauptbeitrag nicht durch Wechselwirkung mit den p-Elektronen der PcMs, sondern mit den zentralen Metallatomen zustande kommt. Die Integration von PcM-Sensoren in Arrays herkömmlicher Polymersensoren ist trotz nicht linearen Sensorkennlinien gerade für den Nachweis geringer Konzentrationen an aromatischer Verbindungen (BTXE-Problem) eine neue und interessante Option.
Author and committee
dc:creator, dc:contributor.*- Author
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- Fietzek, Christopher
Identifiers
dc:identifier.*- Identifier
- hdl:10900/48168