Luminescerende metaalclusters van muntmetalen ingebouwd in zeolieten: synthese, fotofysica en toepassingen

In het domein van de nanotechnologie is er reeds significante vooruitgang op het vlak van materialen op atomaire schaal. Metaalclusters zijn stabiele aggregaten van enkele tot honderden metaalatomen en hebben omwille van hun unieke elektronische eigenschappen en hun brede toepassingsmogelijkheden veel aandacht gekregen. Een uitdaging is het stabiliseren van deze kleine clusters, aangezien ze de neiging hebben om samen te klitten in grotere nanopartikels en zo hun interessante fysicochemische eigenschappen die te maken hebben met bijvoorbeeld hun discrete energieniveaus verliezen. In deze context zijn zeolieten, kristallijne aluminosilicaten met een rigide structuur, voorgesteld als veelbelovende kandidaten. Ze kunnen immers perfect dienen als sjabloon waarbij eerst de gewenste metaalionen opgenomen worden door ionenuitwisseling waarna de metaalclusters gevormd kunnen worden door technieken als verhitting of waterstofreductie. De luminescentie van metaalclusters die ingekapseld zijn in zeolieten, en in het bijzonder de clusters van edelmetalen, vertoont een interessante combinatie van eigenschappen, zoals een grote Stokes’ shift, een hoge fotoluminescentiekwantumopbrengst, een breed emissiespectrum over het zichtbare spectrum en een hoge stabiliteit. Deze optische eigenschappen hangen af van verscheidene factoren, zoals de topologie van de zeolite, de soort edelmetaal en de toegevoegde hoeveelheid van het corresponderende metaalion, de samenstelling en verhouding van de ladingcompenserende ionen, de aanwezigheid van water en de experimentele condities voor de reductie. Het is daarom cruciaal om inzicht te verschaffen in de structuur-eigenschaprelaties van metaalclusters in zeolieten.

Ondanks vooruitgang op dit vlak is het huidige inzicht in verschillende aspecten van deze relaties nog steeds beperkt. Ten eerste zijn er nog maar weinig systematische onderzoeken naar de fotofysische eigenschappen van de zeolietingekapselde metaalclusters. Het gebrek aan veelomvattende fundamentele onderzoeken naar de eigenschappen van de aangeslagen toestand kan het ontwikkelen van toepassingen gebaseerd op metaalclusters in zeolieten vertragen op de lange termijn. Ten tweede is er nog maar gelimiteerd onderzoek gebeurd naar de mogelijke toepassingen van de metaalclusters in zeolieten. Er wordt nog te vaak gefocust op kwalitatieve toepassingen (bijvoorbeeld vochtigheidssensoren), zonder diepgaande kwantificatie. En ten laatste worden er vooral monometallische zilverclusters gerapporteerd en is er slechts een beperkt aantal studies van andere metaalclusters of gelegeerde clusters.

Daarom zal mijn doctoraatsstudie diepgaand onderzoek doen rond de bovengenoemde kwesties.