Lucio Colombi Ciacchi

Growth of Platinum Clusters in Solution and on Biopolymers: The Microscopic Mechanisms

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http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:swb:14-1026811686718-71695

Kurzfassung in Deutsch

Thema der vorgelegten Dissertation ist der Mechanismus der Keimbildung und des Wachstums von Platinclustern in Lösung und auf Biopolymeren nach der Reduktion von Platin-Salzen. Die Untersuchung wird auf atomarer Skala durch ab-initio Molekulardynamik mit der Methode von Car und Parrinello durchgeführt. In einem klassischen, generell akzeptierten Mechanismus erfolgt die Aggregation von Pt-Atomen nur nach kompletter Reduktion der Pt(II)-Komplexen zum metallischen Pt(0)-Zustand. Im Gegensatz dazu, in der hier beobachteten Reaktionsablauf entstehen stabile Pt-Pt-Bindungen schon nach einem einzigen Reduktionsschritt. Darüber hinaus wird es gefunden, dass kleine Pt-Cluster durch Addition von unreduzierten PtCl2(H2O)2-Komplexen wachsen können. Das stimmt mit einem experimentell beocbachteten autokatalytischen Clusterwachstumsmechanismus überein. Es wird weiterhin gefunden, dass Pt(II)-Komplexe, die kovalent an DNA oder an Proteine gebunden sind, als sehr effiziente Nukleationszentren für das weitere Metallclusterwachstum wirken können. Das ist eine Konsequenz des starken Donor-Charakters der organischen Liganden, in derer Anwesenheit stärkere Metall-Metall-Bindungen als frei in der Lösung gebildet werden können. In der Tat, in Metallisierungsexperimenten können 5 Nanometer dünne, mehrere Mikrometer lange, regelmässige Clusterkette erzeugt werden, die rein heterogen auf das Biomolekulare Templat gewachsen sind.

Kurzfassung in Englisch

In this thesis we investigate the molecular mechanisms of platinum cluster nucleation and growth in solution and on biopolymers by means of first-principles molecular dynamics. In contrast with a classical picture where clusters nucleate by aggregation of metallic Pt(0) atoms, we find that Pt--Pt bonds can form between dissolved Pt(II) complexes already after a single reduction step. Furthermore, we observe that small clusters grow by addition of unreduced PtCl2(H2O)2 complexes, consistently with an autocatalytic growth mechanism. Moreover Pt(II) ions covalently bound to biopolymers are found to act as preferred nucleation sites for the formation of clusters. This is a consequence of the strong donor character of the organic ligands which induce the formation of stronger metal-metal bonds than those obtained in solution. In fact, in metallization experiments we obtain a clean and purely heterogeneous metallization of single DNA molecules leading to thin and uniform Pt cluster chains extended over several microns.

weitere Metadaten

übersetzter Titel
(Deutsch)
Der Mikroskopische Mechanismus des Wachstums von Platin-Clustern in Lösung und auf Biopolymeren
Schlagwörter
(Deutsch)
Cluster, DNA, Keimbildung, Metallisierung, Nanostrukturen, Platin, Wachstum
Schlagwörter
(Englisch)
Cluster, DNA, Growth, Metallisation, Nanostructures, Nucleation, Platinum
SWD SchlagworteBiopolymere, Kristallkeim, Kristallwachstum, Metallcluster, Nanostruktur, Platin
DDC Klassifikation35
RVK KlassifikationZM 7070
Institution(en) 
InstitutionTechnische Universität Dresden
AbteilungMaschinenwesen
BetreuerProf. Wolfgang Pompe
GutachterProf. Wolfgang Pompe
Prof. Wolfgang Nagel
Dr. Alessandro De Vita
DokumententypDissertation
SpracheEnglisch
Tag d. Einreichung (bei der Fakultät)18.12.2001
Tag d. Verteidigung / Kolloquiums / Prüfung05.07.2002
Veröffentlichungsdatum (online)16.06.2002
persistente URNurn:nbn:de:swb:14-1026811686718-71695

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