Interface engineering for tailored silver patch coatings on colloidal particles

Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
Issue Year
Sadafi, Fabrizio-Zagros

In this thesis we aimed to control the Ag patch formation site on non-spherical core particles via a curvature-sensitive crystal formation process, in order to synthesize patchy particles with precisely oriented chemical functionalities. In the first part of our work we unraveled the reaction mechanism of the Ag patch formation on SiO2 spheres by highlighting the formation of hydrogen bonds between the hydroxyl groups of SiO2 and the [Ag(NH3)2]+. By tuning the number of these interactions the patch growth can be directed either toward a diffusion- or integration-limited mechanism and the patch morphology is further affected by the core particle curvature. In the second part of this thesis we synthesized SiO2 coated triangular gold nanoprisms which have be used as core particle for investigating the effect of local differences in substrate curvature on the Ag heterogeneous nucleation and growth. Interestingly we observed that the patch formation does not follow Classical Nucleation Theory predictions but prefers to occur on high energy surfaces, leading to the decoration of nanoprism convex edges. In addition, Ag patch formation showed a preference for the core particle convex surface only when occurring under diffusion-limited growth and when the substrate curvature is high enough to prevent a conformal growth. Besides investigating how to control the patch position, we also studied the effect of inorganic ions and organic surfactants on the patch shape. Interestingly the anion PO43-, the cation Cu+, polystyrene sulfonic acid (PSS) and sodium citrate (NaCit) turned out to be quite effective in generating spheroidal or faceted Ag patches being promising for future studies. The work described in this thesis represents a novel method for controlling the patch position without the help of any template agent and synthesizing particles for self-assembly studies. Moreover the versatility of our method offers the possibility of controlling the patch shape and synthesizing patchy particles in other combinations of materials.


Das Vorhaben dieser Arbeit war es, die Position der Ag-Patch–Bildung auf nicht-sphärischen Kernpartikeln anhand eins Oberflächenkrümmungs-bestimmten Kristallisationsprozesses zu kontrollieren, um „Patchy Partikel“ mit klar orientierten chemischen Funktionalitäten zu synthetisieren. Im ersten Teil diese Arbeit deckten wir den Reaktionsmechanismus der Ag-Patch–Bildung auf SiO2-Kugeln auf. Dabei wurde auf die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Hydroxylgruppen des SiO2 und dem [Ag(NH3)2]+ insbesondere eingegangen. Durch Beeinflussung dieser Wechselwirkungen kann das Patch-Wachstum sowohl in Richtung diffusionslimitierten oder auch integrationslimitierten Wachstum eingestellt werden, wobei die Patch-Morphologie auch von der Oberflächenkrümmung des Kernpartikels abhängig ist. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden SiO2-beschichtete dreieckige Gold-Nanoprismen hergestellt. Diese wurden als Kernpartikeln für die Untersuchung des Effektes der lokalen Unterschiede in der Substrat-Krümmung auf die heterogene Nukleation und das Wachstum von Silber verwendet. Interessanterweise beobachteten wir, dass die Patch-Bildung nicht der klassischen Nukleationstheorie folgt. Stattdessen findet diese bevorzugt an Stellen mit hoher Oberflächenenergie wie den konvexen Ecken der Nanoprismen statt. Zusätzlich zeigte die Ag-Patch–Bildung nur dann eine Präferenz für die konvexen Oberflächen, sofern diese unter diffusions-limitierten Bedingungen und bei sehr starker Krümmung, die kein oberflächenkonformes Wachstum zulässt, statt. Neben den Untersuchungen zur Kontrolle der Patch-Position wurde auch der Effekt von anorganischen Ionen und organischen oberflächenaktiven Stoffen auf die Patch-Form betrachtet. Interessanterweise erwiesen sich d PO4-3 Anionen, Cu+ Kationen, Polystyrolsulfonsäure (PSS) und Natriumcitrat (NaCit) für die Bildung von sphärischen oder facettierten Ag-Patchen als sehr effektiv, welche vielversprechend für zukünftige Studien sind. Diese Arbeit repräsentiert eine neuartige Methode zur Kontrolle der Patch-Position ohne die Hilfe von irgendeiner Art Template und der Synthese von Partikeln für Studien im Bereich der Selbst-Anordnung von Partikeln. Außerdem ermöglicht die Vielseitigkeit unserer Methode die Patch-Form zu kontrollieren und die Synthese von Patchy Partikeln in anderen Materialkombinationen.

Faculties & Collections
Zugehörige ORCIDs